JP3294487B2 - Method of manufacturing electron-emitting device, and method of manufacturing electron source, display panel, and image forming apparatus using the same - Google Patents

Method of manufacturing electron-emitting device, and method of manufacturing electron source, display panel, and image forming apparatus using the same

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JP3294487B2 JP29064395A JP29064395A JP3294487B2 JP 3294487 B2 JP3294487 B2 JP 3294487B2 JP 29064395 A JP29064395 A JP 29064395A JP 29064395 A JP29064395 A JP 29064395A JP 3294487 B2 JP3294487 B2 JP 3294487B2
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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】本発明は対向する電極間に設
けた電子放出部を含む導電性薄膜に電圧を印加して電子
を放出させる電子放出素子の製造方法、並びにそれを用
いた電子放出素子、電子源、表示パネルおよび画像形成
装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an electron-emitting device in which a voltage is applied to a conductive thin film including an electron-emitting portion provided between opposing electrodes to emit electrons, and an electron-emitting device using the same. , An electron source, a display panel, and an image forming apparatus.

【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.Dy
ke&W.W.Dolan、“Field emiss
ion”、Advance in Electron
Physics、8、89(1956)あるいはC.
A.Spindt、“PHYSICAL Proper
ties of thin−film field e
mission cathodes with mol
ybdenium cones”、J.Appl.Ph
ys.,47,5248(1976)等に開示されたも
のが知られている。
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 devices include a field emission type (hereinafter, referred to as “FE type”), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter, referred to as “MIM type”), and a surface conduction type electron-emitting device. As an example of the FE type, W. P. Dy
ke & W. W. Dolan, "Field emiss
ion ", Advance in Electron
Physics, 8, 89 (1956) or C.I.
A. Spindt, “PHYSICAL Proper
ties of thin-film field e
mission cathodes with mol
ybdenium cones ", J. Appl. Ph.
ys. , 47, 5248 (1976).

【0003】MIM型の例としてはC.A.Mead、
“Operation of Tunnel−Emis
sion Devices”、J.Apply.Phy
s.、32、646(1961)等に開示されたものが
知られている。
As an example of the MIM type, C.I. A. Mead,
“Operation of Tunnel-Emis
Sion Devices ", J. Apply. Phys.
s. , 32, 646 (1961).

【0004】表面伝導型電子放出素子の例としては、
M.I.Elinson、RadioEng.Elec
tron Phys.、10、1290(1965)等
に開示されたものがある。
As an example of the surface conduction electron-emitting device,
M. I. Elinson, RadioEng. Elec
Tron Phys. , 10, 1290 (1965).

【0005】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 Fi
lms”、9、317(1972)]、In23 /S
nO2 薄膜によるもの[M.Hartwell and
C.G.Fonstad:“IEEE Trans.
ED Conf.”、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。
[0005] The surface conduction electron-emitting device utilizes a phenomenon in which an electron is emitted 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 Fi
lms ", 9,317 (1972)] , In 2 O 3 / S
nO 2 thin film [M. Hartwell and
C. G. FIG. Fonstad: "IEEE Trans.
ED Conf. , 519 (1975)], using a carbon thin film [Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1,
No. 22, p. 22 (1983)].

【0006】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として前述のM.ハートウェルの素子構成を図1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、0.5mm〜1mm、薄
膜幅W’は、0.1mmで設定されている。
As a typical example of these surface conduction electron-emitting devices, the above-mentioned M.S. FIG. 1 schematically shows the 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.
In the drawing, the element electrode interval L is set to 0.5 mm to 1 mm, and the thin film width W 'is set to 0.1 mm.

【0007】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を予めフォ
ーミング処理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、フォーミング処
理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、上述の電子放出部5より電子を放出せ
しめるものである。
Conventionally, in these surface-conduction electron-emitting devices, the electron-emitting portion 5 is formed by applying a current to the conductive thin film 4 before forming the electron-emitting device by an energizing process called a forming process.
It was common to form That is, the forming process is to apply a DC voltage or a very slowly increasing voltage (for example, about 1 V / min) to both ends of the conductive thin film 4 to energize the conductive thin film 4 to locally destroy, deform or alter the conductive thin film, The purpose is to form the electron-emitting portion 5 in a state of high resistance. 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 forming process is configured to apply a voltage to the conductive thin film 4 and cause a current to flow through the device, thereby causing the electron-emitting portion 5 to emit electrons.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の電
子放出素子製造方法では、大面積基板に素子を形成する
ことが困難であるとともに、製造コストが高いという不
都合があった。
However, in the conventional method for manufacturing an electron-emitting device, it is difficult to form the device on a large-area substrate, and the manufacturing cost is high.

【0009】また、付与した液滴が膜厚分布を生じるた
めに、均一な薄膜が得られずフォ−ミング処理によって
得られる亀裂状態を均一に制御することが困難となり、
良好な電子放出効率が得られなかった。
Further, since the applied droplets have a film thickness distribution, a uniform thin film cannot be obtained, and it becomes difficult to uniformly control a crack state obtained by the forming process.
Good electron emission efficiency could not be obtained.

【0010】本発明の目的は、従来技術における電子放
出素子製造方法では不都合である、大面積基板に素子を
形成する点とともに、製造コストが高いという点を解決
し、さらに導電性薄膜の膜厚を均一化し良好な電子放出
素子、電子源、表示パネル、画像形成装置の製造方法を
提供することにある。
An object of the present invention is to solve the disadvantages of the conventional method of manufacturing an electron-emitting device, that the device is formed on a large-area substrate and that the manufacturing cost is high. And to provide a good method for manufacturing an electron-emitting device, an electron source, a display panel, and an image forming apparatus.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討した結果、電子放出素子を製造
するための基板として、凹凸を有する基板を用いること
によって、上記の問題を解決することができる本発明を
完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has solved the above problem by using a substrate having irregularities as a substrate for manufacturing an electron-emitting device. The present invention that can be solved has been completed.

【0012】すなわち本発明の電子放出素子の製造方法
は、基板上の対向する電極間に金属組成物を含む導電性
薄膜形成用材料をインクジェット方式によりの状態
で付与し、加熱焼成する程を経て電子放出素子を形成
する製造方法において、前記基板は前記液滴の付与位置
凹凸を有していることを特徴とするものである。
Namely method of manufacturing an electron-emitting device of the present invention, engineering of a conductive thin film-forming material containing a metal composition imparted in the form of droplets by an inkjet method between opposing electrodes on the substrate, heated baking In the manufacturing method for forming an electron-emitting device through a process, the substrate is provided at a position where the droplet is applied.
And it is characterized in that it have a uneven.

【0013】このように、本発明では、凹凸を有する基
板を用いることによって、導電性薄膜の膜厚を均一化で
き、良好な電子放出特性を有する電子放出素子、電子
源、表示パネル及び画像形成装置を製造できる。
As described above, in the present invention, by using a substrate having irregularities, the thickness of the conductive thin film can be made uniform, and the electron-emitting device, the electron source, the display panel, and the image forming device having good electron-emitting characteristics can be obtained. Equipment can be manufactured.

【0014】本発明は、電子源、表示パネル及び画像形
成装置の製造方法をも包含する。
The present invention also includes a method for manufacturing an electron source, a display panel, and an image forming apparatus.

【0015】本発明の電子源の製造方法は、電子放出素
子と該素子への電圧印加手段を具備する電子源の製造方
法であって、該電子放出素子を本発明の前記電子放出素
子の製造方法で製造したことを特徴とするものである。
The method of manufacturing an electron source according to the present invention is a method of manufacturing an electron source comprising an electron-emitting device and a means for applying a voltage to the device, wherein the electron-emitting device is manufactured according to the present invention. It is characterized by being manufactured by a method.

【0016】本発明の表示パネルの製造方法は、電子放
出素子と該素子への電圧印加手段を具備する電子源と、
該素子から放出される電子を受けて発光する発光体とを
具備する表示パネルの製造方法であって、該電子放出素
子を本発明の前記電子放出素子の製造方法で製造したこ
とを特徴とするものである。
According to a method of manufacturing a display panel of the present invention, an electron source including an electron-emitting device and a means for applying a voltage to the device is provided.
A method for manufacturing a display panel, comprising: a light-emitting body that emits light by receiving electrons emitted from the element, wherein the electron-emitting element is manufactured by the method for manufacturing an electron-emitting element according to the present invention. Things.

【0017】本発明の画像形成装置の製造方法は、電子
放出素子と該素子への電圧印加手段を具備する電子源
と、該素子から放出される電子を受けて発光する発光体
と、外部信号に基づいてを該素子へ印加する電圧を制御
する駆動回路とを具備する画像形成装置の製造方法であ
って、該電子放出素子を本発明の前記電子放出素子の製
造方法で製造したことを特徴とするものである。
According to a method of manufacturing an image forming apparatus of the present invention, there is provided an electron source including an electron-emitting device and a means for applying a voltage to the device, a luminous body that receives and emits electrons emitted from the device, and an external signal. And a drive circuit for controlling a voltage applied to the element based on the method of manufacturing the image forming apparatus, wherein the electron-emitting device is manufactured by the method of manufacturing an electron-emitting device of the present invention. It is assumed that.

【0018】以下に、本発明を更に詳しく説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【0019】本発明で用いる凹凸を有する基板は、基板
表面に1〜100nm程度の凹凸が形成されているもの
であり、その凹凸の形成方法としてイオン照射や化学エ
ッチング等の方法が用いられる。
The substrate having irregularities used in the present invention has irregularities of about 1 to 100 nm formed on the substrate surface, and a method such as ion irradiation or chemical etching is used as a method of forming the irregularities.

【0020】上記の金属組成物溶液を基板に付与する手
段は、液滴を形成し付与することが可能ならば任意の方
法でよいが、特に微小な液滴を効率良く適度な精度で発
生付与でき制御性も良好なインクジェット方式が便利で
ある。インクジェット方式にはピエゾ素子等のメカニカ
ルな衝撃により液滴を発生付与するものや、微小ヒータ
等で液を加熱し突沸により液滴を発生付与するバブルジ
ェット方式があるが、いずれの方式でも十ng程度から
数十μg程度までの微小液滴を再現性良く発生し基板に
付与することができる。
The means for applying the metal composition solution to the substrate may be any method as long as it is possible to form and apply droplets. In particular, minute droplets can be efficiently generated with appropriate accuracy. An ink jet system with good controllability and good controllability is convenient. Ink jet systems include those that generate and apply droplets by a mechanical impact such as a piezo element, and bubble jet systems that generate and apply liquid droplets by heating the liquid with a micro heater or the like and bumping it. Microdroplets of about to several tens μg can be generated with good reproducibility and applied to the substrate.

【0021】上記手段で基板に付与された金属組成物溶
液は乾燥、焼成工程を経て、基板上に電子放出のための
無機微粒子膜を形成する。なお、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、微視的に微粒子
が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに
隣接あるいは重なり合った状態(島状も含む)の膜をさ
す。また微粒子膜の粒径とは、前記状態で粒子形状が認
識可能な微粒子についての径を意味する。
The metal composition solution applied to the substrate by the above means is dried and fired to form an inorganic fine particle film for emitting electrons on the substrate. Note that the fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and not only in a state where the fine particles are individually dispersed and arranged microscopically, but also in a state where the fine particles are adjacent to each other or overlap each other (including an island shape). Point the membrane. The particle diameter of the fine particle film means the diameter of the fine particles whose particle shape can be recognized in the above state.

【0022】乾燥工程は通常用いられる自然乾燥、送風
乾燥、熱乾燥等を用いればよい。焼成工程は通常用いら
れる加熱手段を用いれば良い。乾燥工程と焼成工程とは
必ずしも区別された別工程として行う必要はなく、連続
して同時に行ってもかまわない。
In the drying step, natural drying, blast drying, heat drying and the like may be used. The baking step may use a commonly used heating means. The drying step and the baking step do not necessarily have to be performed as separate and distinct steps, and may be performed continuously and simultaneously.

【0023】図2は本発明を適用可能な表面伝導型電子
放出素子の構成を示す模式図であり、図2(a)は平面
図、2(b)は断面図である。
FIG. 2 is a schematic view showing the structure of a surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied. FIG. 2 (a) is a plan view and FIG. 2 (b) is a sectional view.

【0024】図2において、1は基板、2、3は素子電
極、4は導電性薄膜、5は電子放出部である。
In FIG. 2, 1 is a substrate, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive thin film, and 5 is an electron emitting portion.

【0025】基板1としては、石英ガラス、Na等の不
純物含有量の減少したガラス、青板ガラス、青板ガラス
にスパッタ法等により形成したSiO を積層したガ
ラス基板およびアルミナ等のセラミックスおよびSi基
板等が挙げられるが、本発明はこれらのみに限定される
ものではない。
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. However, the present invention is not limited only to these.

【0026】基板1の有する凹凸の形成手段としては、
イオン照射、化学エッチング等が挙げられるが、本発明
はこれらのみに限定されるものではない。
As means for forming the unevenness of the substrate 1,
Examples include ion irradiation and chemical etching, but the present invention is not limited to these.

【0027】基板1の有する凹凸の形成箇所について
は、基板全体、基板表面全体、基板表面の一部等が挙げ
られるが、本発明はこれらのみに限定されるものではな
い。
The locations where the irregularities of the substrate 1 are formed include the entire substrate, the entire substrate surface, a part of the substrate surface, and the like, but the present invention is not limited thereto.

【0028】基板1の有する凹凸の大きさについては、
1〜100nmの範囲が挙げられるが、本発明はこれら
のみに限定されるものではない。
Regarding the size of the unevenness of the substrate 1,
The range is 1 to 100 nm, but the present invention is not limited only to these.

【0029】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等の金属或は合金およびPd、Ag、Au、R
uO2 、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、In23 −SnO2 等の透
明電導体およびポリシリコン等の半導体材料等より適宜
選択することができる。素子電極間隔L1、素子電極長
さW1、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L1は、好ましく
は、数千オングストロームから数百マイクロメートルの
範囲とすることができ、より好ましくは、素子電極間に
印加する電圧等を考慮して数マイクロメートルから数十
マイクロメートルの範囲とすることができる。
The materials of the opposing device electrodes 2 and 3 are as follows.
General conductor materials can be used. This includes, for example, Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, C
metals or alloys such as u, Pd and Pd, Ag, Au, R
It can be appropriately selected from a printed conductor made of a metal such as uO 2 or Pd-Ag or a metal oxide and glass, a transparent conductor such as In 2 O 3 —SnO 2, a semiconductor material such as polysilicon, or the like. it can. The element electrode interval L1, the element electrode length W1, 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 L1 can be preferably in the range of several thousand Angstroms to several hundred micrometers, and more preferably several micrometer to several tens micrometer in consideration of the voltage applied between the element electrodes. Range.

【0030】素子電極長さW1は、電極の抵抗値、電子
放出特性を考慮して、数マイクロメートルから数百マイ
クロメートルの範囲とすることができる。素子電極2、
3の膜厚dは、数百オングストロームから数マイクロメ
ートルの範囲とすることができる。
The element electrode length W1 can be in the range of several micrometers to several hundred micrometers in consideration of the resistance value of the electrode and the electron emission characteristics. Device electrode 2,
The thickness d of 3 can be in the range of hundreds of angstroms to several micrometers.

【0031】尚、図2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。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く、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処理条件等を考慮して、
適宜設定されるが、通常は数オングストロームから数千
オングストロームの範囲とすることが好ましく、より好
ましくは10オングストロームから500オングストロ
ームの範囲とするのが良い。その抵抗値は、RS が10
の2乗から10の7乗オームの値である。なおRS は、
厚さがt、幅がwで長さがlの薄膜の抵抗Rを、R=R
S (l/w)とおいたときに現れる。
In addition to the configuration shown in FIG.
A configuration in which the conductive thin film 4 and the opposing device electrodes 2 and 3 are laminated on the above in this order can also be adopted. It is preferable to use a fine particle film composed of fine particles for the conductive thin film 4 in order to obtain good electron emission characteristics. The film thickness is determined by the step coverage of the device electrodes 2 and 3 and the device electrodes 2 and 3. In consideration of the resistance value between and the forming processing conditions described later,
Although it is set appropriately, it is usually preferable to set the range from several angstroms to several thousand angstroms, more preferably from 10 angstroms to 500 angstroms. Its resistance, R S is 10
Is a value in the range of 2 to 10 7 ohms. Note that R S is
The resistance R of a thin film having a thickness t, a width w, and a length 1 is represented by R = R
Appears when the user enters S (l / w).

【0032】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。
In the specification of the present application, the forming process will be described by taking an energizing process as an example. However, the forming process is not limited to this, and a process of forming a crack in a film to form a high resistance state is performed. Includes

【0033】導電性薄膜4を構成する材料は、Pd、P
t、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、F
e、Zn、Sn、Ta、W、Pb等の金属、PdO、S
nO2、In23 、PbO、Sb23 等の金属酸化
物等の中から適宜選択される。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、微粒子がここ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、数オングスト
ロームから数千オングストロームの範囲、好ましくは1
0Åから200Åの範囲である。
The material constituting the conductive thin film 4 is Pd, P
t, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, F
e, metal such as Zn, Sn, Ta, W, Pb, PdO, S
It is appropriately selected from metal oxides such as nO 2 , In 2 O 3 , PbO, and Sb 2 O 3 . 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 in which the fine particles are dispersed and arranged here or in a state in which the fine particles are adjacent to each other or overlapped (some fine particles are gathered, (Including the case where an island structure is formed as a whole). The particle size of the fine particles ranges from several Angstroms to several thousand Angstroms, preferably 1 Å.
It ranges from 0 ° to 200 °.

【0034】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。
In the present specification, the term “fine particles” is frequently used, and the meaning will be described.

【0035】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。
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.

【0036】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。
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.

【0037】「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。
"Experimental Physics Course 14 Surface / Particle"
(Edited by Kinoshita Yoshio, Kyoritsu Shuppan published September 1, 1986)
Then, it is described as follows.

【0038】「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10nm程度までとし、特
に超微粒子と言うときは粒径が10nm程度から2〜3
nm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。
In the present description, "fine particles have a diameter of about 2 to 3 μm to about 10 nm. In particular, ultrafine particles have a particle diameter of about 10 nm to 2 to 3 nm.
It means up to about 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 has a lower minimum particle size. there were.

【0039】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”(1981〜1986)では、粒子の大きさ
(径)がおよそ1〜100nmの範囲のものを“超微粒
子”(ultra fine particle)と呼
ぶことにした。すると1個の超微粒子はおよそ100〜
10の8乗個くらいの原子の集合体という事になる。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−」林主税、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
の下限は数オングストローム〜10オングストローム程
度、上限は数ミクロン程度のものを指すこととする。
In the “Ultrafine Particle Project” of the Creative Science and Technology Promotion System (1981 to 1986), a particle having a particle size (diameter) in the range of about 1 to 100 nm is called “ultrafine particle”. Then, one ultrafine particle is about 100-
It is an aggregate of about 10 8 power atoms. Ultra-fine particles are large to giant particles on an atomic scale. "
("Ultrafine Particles-Creative Science and Technology-" Hayashi Tax, edited by Ryuji Ueda and Akira Tazaki; Mita Publishing, 1988, page 2, lines 1 to 4) "Even smaller than ultrafine particles, that is, several to several hundred atoms. A single structured particle is usually called a cluster. ”(Page 12, lines 13 to 13 of the same book) Based on the general term as described above, the term“ fine particles ”in this specification refers to a large number of atoms. The lower limit of the particle size is about several angstroms to about 10 angstroms, and the upper limit is about several microns.

【0040】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、材料及び後述するフォーミング処理等の方
法等に依存したものとなる。電子放出部5の内部には、
数オングストロームから数百オングストロームの範囲の
粒径の導電性微粒子が依存する場合もある。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 method of forming processing described later of the conductive thin film 4. It will be. Inside the electron emission unit 5,
In some cases, conductive fine particles having a particle size in the range of several angstroms to several hundred angstroms depend. The conductive fine particles are part of the elements of the material constituting the conductive thin film 4,
Alternatively, it contains all elements. The electron emitting portion 5 and the conductive thin film 4 in the vicinity thereof can also contain carbon and a carbon compound.

【0041】以下、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2に示した部位
と同じ部位には、図2に付した符号と同一の符号を付し
ている。
Hereinafter, an example of the manufacturing method will be described with reference to FIG. 3, the same parts as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG.

【0042】1)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、イオン照射、化学エッチング等
により基板1に凹凸を形成した後に真空蒸着法、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−技術で基板1上に素子電極2、3を形成する
{図3(a)}。
1) The substrate 1 is sufficiently washed with a detergent, pure water, an organic solvent, or the like, and after forming irregularities on the substrate 1 by ion irradiation, chemical etching, or the like, the device electrode material is formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. Then, device electrodes 2 and 3 are formed on the substrate 1 by, for example, a photolithography technique (FIG. 3A).

【0043】2)素子電極2、3を設けた基板1に、有
機金属溶液(導電性薄膜形成用材料)をインクジェット
装置31で電極間に滴下して、有機金属薄膜6にする
{図3(c)}。有機金属溶液には、前述の導電性薄膜
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。次に、有機金属薄膜を乾燥、加熱
焼成処理し、導電性薄膜4を形成する{図3(d)}。
2) An organic metal solution (a material for forming a conductive thin film) is dropped between the electrodes on the substrate 1 provided with the device electrodes 2 and 3 with an ink jet device 31 to form an organic metal thin film 6 {FIG. c)}. As the organometallic solution, a solution of an organometallic compound containing a metal of the material of the conductive thin film 4 as a main element can be used. Next, the organic metal thin film is dried and baked to form a conductive thin film 4 (FIG. 3D).

【0044】3)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)}。フォー
ミング処理によれば導電性薄膜4を局所的に破壊、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。フォーミング処理の電
圧波形の例を図4に示す。
3) 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 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 forming process, a portion where the structure of the conductive thin film 4 is locally broken, deformed or altered is formed. This portion constitutes the electron emission section 5. FIG. 4 shows an example of the voltage waveform of the forming process.

【0045】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)に示した方法がある。
The voltage waveform is preferably a pulse waveform. This includes the method shown in FIG. 4 in which a pulse with a constant pulse peak value is applied continuously and the method shown in FIG. 4B in which a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value.

【0046】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1マイク
ロ秒〜10ミリ秒、T2は、10マイクロ秒〜100ミ
リ秒の範囲で設定される。三角波の波高値(フォーミン
グ処理時のピーク電圧)は、表面伝導型電子放出素形態
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。
T1 and T2 in FIG. 4A are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform. Usually, T1 is set in the range of 1 microsecond to 10 milliseconds, and T2 is set in the range of 10 microseconds to 100 milliseconds. The peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of the forming process) 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.

【0047】図4(b)におけるT1及びT2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(フォーミング処理時のピーク電圧)は、例えば
0.1Vステップ程度ずつ、増加させることができる。
T1 and T2 in FIG.
It can be similar to that shown in FIG. The peak value of the triangular wave (the peak voltage at the time of the forming process) can be increased, for example, by about 0.1 V steps.

【0048】フォーミング処理の終了は、パルス間隔T
2中に、導電性薄膜4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、1Mオーム以上の抵抗を
示した時、フォーミング処理を終了させる。
The end of the forming process is determined by the pulse interval T
2, a voltage that does not locally destroy or deform the conductive thin film 4 is applied, and the current can be measured and detected. For example, an element current flowing by applying a voltage of about 0.1 V is measured, and a resistance value is calculated. When the resistance value indicates 1 M ohm or more, the forming process is terminated.

【0049】4)フォーミング処理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、フォーミン
グ処理と同様に、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。
4) It is preferable to perform a process called an activation process on the device after the forming process. The activation step means that the element current If, the emission current Ie
Is a step that changes significantly. The activation step can be performed, for example, by repeating application of a pulse in an atmosphere containing an organic substance gas, similarly to the forming treatment. 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 a vacuum once sufficiently evacuated by an ion pump or the like. It can also be obtained by introducing a gas of an appropriate organic substance therein.

【0050】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、ケトン類、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でき、
具体的には、メタン、エタン、プロパンなどCn2n+2
で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどC
n2n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If、放出電流Ie
が、著しく変化するようになる。
The preferable gas pressure of the organic substance at this time is:
Since it differs depending on the above-described application form, the shape of the vacuum container, the type of the organic substance, and the like, it is appropriately set according to the case. Suitable organic substances include alkanes, alkenes, aliphatic hydrocarbons of alkynes, aromatic hydrocarbons, alcohols,
Aldehydes, ketones, amines, phenol, carboxyl, organic acids such as sulfonic acid and the like,
Specifically, C n H 2n + 2 such as methane, ethane, and propane
C such as saturated hydrocarbon, ethylene, propylene represented by
n H 2n unsaturated hydrocarbon expressed by a composition formula such as, benzene, toluene, methanol, ethanol, formaldehyde, acetaldehyde, acetone, methyl ethyl ketone, methylamine, ethylamine, phenol, formic acid,
Acetic acid, propionic acid and the like can be used. With this process,
Carbon or a carbon compound is deposited on the device from the organic substance existing in the atmosphere, and the device current If and the emission current Ie
Changes significantly.

【0051】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。
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.

【0052】炭素及び炭素化合物とは、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、PG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、500
Å以下の範囲とするのが好ましい。
Carbon and carbon compounds include graphite (HOPG including HOPG, PG and GC).
Indicates a crystal structure of almost perfect graphite, PG indicates a crystal grain of about 200 ° and has a slightly disordered crystal structure, and GC indicates a crystal grain of about 20 ° and has a further disordered crystal structure. ), Amorphous carbon (refers to amorphous carbon and a mixture of amorphous carbon and the microcrystals of graphite), and has a thickness of 500
Å It is preferable to set the following range.

【0053】5)このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を施すことが好ましい。この工程
は、真空容器内の有機物質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。
5) The electron-emitting device obtained through such a step is preferably subjected to a stabilization step. This step is a step of exhausting the organic substance in the vacuum vessel. 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.

【0054】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプを用い、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
1×10のマイナス8乗Torr以下が好ましく、さら
には1×10のマイナス10乗Torr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80〜200℃で5時間以上が望ま
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。
In the activation step, when an oil diffusion pump is used as an exhaust device and an organic gas derived from an oil component generated from the oil diffusion pump is used, the partial pressure of this component needs to be kept as low as possible. The partial pressure of the organic component in the vacuum vessel is preferably a partial pressure at which the above-mentioned carbon and carbon compounds are hardly newly deposited, and is preferably 1 × 10 −8 Torr or less, and more preferably 1 × 10 −10 Torr or less. Particularly preferred. 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 condition at this time is preferably 80 to 200 ° C. for 5 hours or more, but is not particularly limited to this condition, and the heating 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. .

【0055】真空容器内の圧力は極力低くすることが必
要で、1〜3×10のマイナス7乗Torr以下が好ま
しく、さらに、1×10のマイナス8乗Torr以下が
特に好ましい。 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。
The pressure in the vacuum vessel needs to be as low as possible, and is preferably 1-3 × 10 −7 Torr or less, more preferably 1 × 10 −8 Torr or less. The atmosphere at the time of driving after performing the stabilization step is preferably the same as the atmosphere at the end of the stabilization treatment, but is not limited thereto. Even if it is slightly reduced, sufficiently stable characteristics can be maintained.

【0056】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、
結果として素子電流If、放出電流Ieが、安定する。
By employing such a vacuum atmosphere, the deposition of new carbon or a carbon compound can be suppressed.
As a result, the element current If and the emission current Ie are stabilized.

【0057】上述した工程を経て得られた本発明に適用
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 obtained through the above-described steps and applicable to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0058】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2に示した部
位と同じ部位には図2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 view showing an example of a vacuum processing apparatus. This vacuum processing apparatus also has a function as a measurement and evaluation apparatus. 5, the same parts as those shown in FIG. 2 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.

【0059】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、
所望の真空雰囲気中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200度まで加熱できる。従っ
て、この真空処理装置を用いると、前述のフォーミング
工程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.
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 up to 200 degrees by a heater (not shown). Therefore, when this vacuum processing apparatus is used, steps subsequent to the above-described forming step can also be performed.

【0060】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Vf
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。尚、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 Vf measured using the vacuum processing apparatus shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship of FIG. In FIG. 6, since the emission current Ie is significantly smaller than the device current If,
Shown in arbitrary units. Note that both the vertical and horizontal axes are linear scales.

【0061】図6からも明らかなように、本発明に適用
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特性を有する。
As is apparent from FIG. 6, the surface conduction electron-emitting device applicable to the present invention has three characteristic characteristics with respect to the emission current Ie.

【0062】即ち、(i)本素子はある電圧(しきい値
電圧と呼ぶ、図6中のVth)以上の素子電圧Vfを印
加すると急激に放出電流Ie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 Vf of a certain voltage (referred to as a threshold voltage, Vth in FIG. 6) or more is applied to the present element, the emission current Ie sharply increases, while the threshold voltage Vth Below, the emission current Ie is hardly detected. That is, it is a nonlinear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie.

【0063】(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.

【0064】(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。
すなわち、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。
(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.

【0065】以上の説明から理解されるように、本発明
に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。
As will be understood from the above description, the surface conduction electron-emitting device applicable to the present invention can easily control the electron emission characteristics according to the input signal. By utilizing this property, it is possible to apply to various fields such as an electron source and an image forming apparatus having a plurality of electron-emitting devices.

【0066】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)。また、こ
れら特性は、前述の工程を制御することで制御できる。
本発明に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。本発明に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。
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). Further, these characteristics can be controlled by controlling the above-described steps.
An application example of the electron-emitting device applicable to the present invention will be described below. By arranging a plurality of surface conduction electron-emitting devices applicable to the present invention on a substrate, for example, an electron source or an image forming apparatus can be configured.

【0067】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。
Various arrangements of the electron-emitting devices can be adopted.

【0068】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)、この配線と直行する方向(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
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。
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 this wiring (column direction). There is a ladder arrangement in which electrons from the electron-emitting devices are controlled and driven by control electrodes (also called grids) arranged above the electron-emitting devices. Separately, a plurality of electron-emitting devices are arranged in rows and columns 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, and the same. One example is one in which the other of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in a row is commonly connected to a wiring in the Y direction. This is a so-called simple matrix arrangement. First, the simple matrix arrangement will be described in detail below.

【0069】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)ないし(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巾で制御できる。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。
The surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied is as described above in (i) to (iii).
There is a characteristic. That is, when the electron emission from the surface conduction electron-emitting device is equal to or higher than the threshold voltage, it 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 device,
The electron emission amount can be controlled by selecting the surface conduction electron-emitting device according to the input signal.

【0070】以下この原理に基づき、本発明に適用可能
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 applicable to the present invention 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.

【0071】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、適宜設定される。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-direction wirings 72 are DX1, DX2,
... made of 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 set. Y
The directional wiring 73 includes n wirings DY1, DY2,... DYn, and is formed in the same manner as the X-directional 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).

【0072】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 using 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 the production method are appropriately set. The X-direction wiring 72 and the Y-direction wiring 73 are respectively drawn out as external terminals.

【0073】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 by m X-directional wires 72 and n Y-directional wires 73 and a connection 75 made of a conductive metal or the like. It is connected.

【0074】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。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7
3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。
[0074] Materials constituting the wiring 72 and the wiring 73, the material constituting the wire connection 75, the material constituting the beauty pair of device electrodes may be part or all of the constituent elements are the same, also different from each other Is also 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. X
The direction wiring 72 is connected to a scanning signal applying unit (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the surface conduction electron-emitting devices 74 arranged in the X direction. On the other hand, the Y-direction wiring 7
3, a modulation signal generating means (not shown) for modulating each row of the surface conduction electron-emitting devices 74 arranged in the Y direction according to an input signal is connected. 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.

【0075】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.

【0076】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 configured 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. 10 is a block diagram showing an example of a driving circuit for performing display according to an NTSC television signal.

【0077】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がフリットガラス等を
用いて接続されている。88は外囲器であり、例えば大
気中あるいは、窒素中で、400〜500度の温度範囲
で10分以上焼成することで、封着して構成される。
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 to 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 connected using frit glass or the like. Reference numeral 88 denotes an envelope, which is sealed by baking in a temperature range of 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more in the atmosphere or nitrogen, for example.

【0078】74は図2における電子放出部に相当す
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。
Reference numeral 74 corresponds to the electron emission portion in FIG. Reference numerals 72 and 73 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device.

【0079】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の構成することもできる。
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 is directly sealed to the substrate 71, and the envelope 88 is formed by the face plate 86, the support frame 82 and the substrate 71.
May be configured. On the other hand, by installing a support (not shown) called a spacer between the face plate 86 and the rear plate 81, an envelope 88 having sufficient strength against atmospheric pressure can be formed.

【0080】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。
FIG. 9 is a schematic view 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.

【0081】ガラス基板83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、沈殿法、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8
5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
鏡面反射す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A1
を真空蒸着等で堆積することで作製できる。
The method of applying the fluorescent substance to the glass substrate 83 can employ a precipitation method, a printing method, or the like irrespective of monochrome or color. Usually, a metal back 8 is provided on the inner side of the fluorescent film 84.
5 are provided. The purpose of providing the metal back is to improve the brightness by mirror-reflecting the 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 A1
Can be produced by depositing by vacuum evaporation or the like.

【0082】フェースプレート86には、更に蛍光膜8
4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。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。
図8に示した画像形成装置は、例えば以下のようにして
製造される。
The face plate 86 further has the fluorescent film 8
A transparent electrode (not shown) may be provided on the outer surface side of the fluorescent film 84 in order to increase the conductivity of the phosphor film 84. When performing the above-described sealing, in the case of color, it is necessary to make each color phosphor correspond to the electron-emitting device, and sufficient alignment is indispensable.
The image forming apparatus shown in FIG. 8 is manufactured, for example, as follows.

【0083】外囲器88は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、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により不図示の
排気管を通じて排気し、10のマイナス7乗Torr程
度の真空度の有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封
止が成される。外囲器88の封止後の真空度を維持する
ために、ゲッター処理をおこなうこともできる。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。
The envelope 88 is evacuated through an exhaust pipe (not shown) by an exhaust device that does not use oil, such as an ion pump or a sorption pump, while appropriately heating the envelope 88 in the same manner as in the above-described stabilization step. After the atmosphere having a vacuum degree of about 7 Torr and a sufficiently small amount of organic substances is set, sealing is performed. To maintain the degree of vacuum 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.

【0084】ゲッターは通常Ba等が主成分であり、該
蒸着膜の吸着作用により、たとえば1×10のマイナス
5乗ないしは、1×10のマイナス7乗Torrの真空
度を維持するものである。ここで、表面伝導型電子放出
素子のフォーミング処理以降の工程は、適宜設定でき
る。
The getter is usually composed mainly of Ba or the like, and maintains a vacuum degree of, for example, 1 × 10 -5 or 1 × 10 -7 Torr by the adsorption action of the deposited film. Here, steps after the forming process of the surface conduction electron-emitting device can be appropriately set.

【0085】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は画像表示パネル、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。
Next, an example of the configuration of a driving circuit for performing television display based on NTSC television signals on a display panel configured using electron sources in a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. . In FIG.
101 is an image display panel, 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.

【0086】表示パネル101は、端子Dox1ないし
Doxm、端子Doy1ないし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Do
x1ないし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。
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 Do
x1 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.

【0087】端子Dy1ないし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Vaより、例えば
10K[V]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に加速電圧
である。
A modulation signal for controlling the output electron beam of each of the surface conduction electron-emitting devices in one row selected by the scanning signal is applied to the terminals Dy1 to Dyn. The high voltage terminal Hv is supplied with a DC voltage of, for example, 10 K [V] from a DC voltage source Va, which is sufficient to excite the phosphor into an electron beam emitted from the surface conduction electron-emitting device. An accelerating voltage for applying energy.

【0088】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ないし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
0[V](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ないしDxmと電気的に
接続される。S1ないし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事により構成する事ができる。
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),
The display panel 101 is electrically connected to terminals Dx1 to Dxm. Each of the switching elements S1 to Sm is
It operates based on a control signal T SCAN output by the control circuit 103, and can be configured by combining switching elements such as FETs, for example.

【0089】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。
In the case of the present embodiment, the DC voltage source Vx is based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the surface conduction electron-emitting device, and the driving voltage applied to the non-scanned device is the electron emission threshold. It is set to output a constant voltage that is equal to or lower than the value voltage.

【0090】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TSYNCに基づい
て、各部に対してTSCANおよびTSFT およびTMRY の各
制御信号を発生する。
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. The control circuit 103 generates T SCAN, T SFT, and T MRY control signals for each unit based on the synchronization signal T SYNC sent from the synchronization signal separation circuit 106.

【0091】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、一般的な周波数
分離(フィルター)回路等を用いて構成できる。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を便宜上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。
The synchronizing signal separating circuit 106 is a circuit for separating a synchronizing signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside, and uses a general frequency separating (filter) circuit or the like. Can be configured. The synchronizing signal separated by the synchronizing signal separating circuit 106 includes a vertical synchronizing signal and a horizontal synchronizing signal. Here, for the sake of convenience, the synchronizing signal is illustrated as a T SYNC signal. 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.

【0092】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(すなわち、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言うこともできる)。
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、Id
1ないし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. The shift register 104 converts the data into a control signal T SFT sent from the control circuit 103. (Ie, the control signal T SFT can be said to be a shift clock of the shift register 104).
The data for one line of the serial / parallel-converted image (corresponding to drive data for N electron-emitting devices) is Id
It is output from the shift register 104 as N parallel signals of 1 to Idn.

【0093】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ないしIdnの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Id’1ないしId’nとして出力され、変
調信号発生器107に入力される。
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 T MRY sent from the control circuit 103. The stored contents are output as Id′1 to Id′n and input to the modulation signal generator 107.

【0094】変調信号発生器107は、前記画像データ
Id’1ないしId’nの各々に応じて、表面電動型電
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ないし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 modulation signal generator 107 is a signal source for appropriately driving and modulating each of the surface motor type electron-emitting devices in accordance with each of the image data Id'1 to Id'n. Is applied to the surface conduction electron-emitting device in the display panel 101 through the terminals Doy1 to Doyn.

【0095】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、
例えば電子放出しきい値以下の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出しきい値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Vmを変化させることにより出力電子ビームの強度を
制御する事が可能である。また、パルスの幅Pwを変化
させる事により出力される電子ビームの電荷の総量を制
御する事が可能である。
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. However, when a voltage at the electron emission threshold is applied, an electron beam is output. At that time, the intensity of the output electron beam can be controlled by changing the pulse peak value Vm. Further, by changing the pulse width Pw, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam.

【0096】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。
Therefore, as a method of modulating the electron-emitting device according to the input signal, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be employed. 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.

【0097】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。
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.

【0098】シフトレジスタ104やラインメモリ10
5は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。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われれば良いからである。
The shift register 104 and the line memory 10
5 can be 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.

【0099】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105
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 separating circuit 106 into a digital signal. This can be achieved by providing an A / D converter at the output of the signal 106. In connection with this, the line memory 105
The circuit used for the modulation signal generator 107 is slightly different depending on whether the output signal is a digital signal or an analog signal. 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 comparison for comparing the output value of the counter with the output value of the memory. The circuit which combined the device (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.

【0100】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(VCO)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。
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 (VCO) 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.

【0101】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ないしDoxm、Doy1ないしDoy
n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 image display device to which the present invention can be applied, which has such a configuration, the external terminals Dox1 to Doxm, Doy1 to Doy are provided to each electron-emitting device.
By applying a voltage through n, electron emission occurs. A high voltage is applied to the metal back 85 or a transparent electrode (not shown) via the high voltage terminal Hv to accelerate the electron beam. The accelerated electrons collide with the fluorescent film 84 and emit light to form an image.

【0102】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、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方式をあげたが、入力信号はこれに
限られるものではなく、PAL、SECAM方式などの
他、これよりも、多数の走査線からなるTV信号(例え
ば、MUSE方式をはじめとする高品位TV)方式をも
採用できる。
The configuration of the image forming apparatus described here is an example of an image forming apparatus to which the present invention can be applied, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. Although the NTSC system has been used as the input signal, the input signal is not limited to the NTSC system. In addition to the PAL and SECAM systems, a TV signal including a larger number of scanning lines (for example, the MUSE system, etc.) High-definition TV).

【0103】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11、図12を用いて説明する。
Next, the ladder-shaped arrangement of the electron source and the image forming apparatus will be described with reference to FIGS.

【0104】図11は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図11において、110は電子源基
板、111は電子放出素子である。112、Dx1〜D
x10は、電子放出素子111を接続するための共通配
線である。電子放出素子111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Dx2〜Dx9は、例えばDx2、Dx3を同
一配線とすることもできる。
FIG. 11 is a schematic view showing an example of a ladder-type electron source. In FIG. 11, reference numeral 110 denotes an electron source substrate, and 111 denotes an electron-emitting device. 112, Dx1-D
x10 is a common wiring for connecting the electron-emitting devices 111. The electron-emitting device 111 has an X
A plurality are arranged in parallel in the 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.
A voltage lower than the electron emission threshold is applied. As for the common wirings Dx2 to Dx9 between the element rows, for example, Dx2 and Dx3 can be the same wiring.

【0105】図12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
ための空孔、122はDox1、Dox2・・・Dox
mよりなる容器外端子である。123はグリッド電極1
20と接続されたG1、G2・・・Gnからなる容器外
端子、124は各素子行間の共通配線を同一配線とした
電子源基板である。図11においては、図8、11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。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a panel structure in an image forming apparatus having a ladder-type electron source. 120 is a grid electrode, 121 is a hole through which electrons pass, and 122 is Dox1, Dox2,.
m outside the container. 123 is a grid electrode 1
A terminal outside the container consisting of G1, G2,... Gn connected to 20 is an electron source substrate in which the common wiring between the element rows is the same wiring. In FIG. 11, the same portions as those shown in FIGS. 8 and 11 are denoted by the same reference numerals as those shown in these drawings. The image forming apparatus shown here and FIG.
The major difference from the image forming apparatus of the simple matrix arrangement shown in FIG. 9 is whether or not the grid electrode 120 is provided between the electron source substrate 110 and the face plate 86.

【0106】図12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12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。
In FIG. 12, 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,
One circular opening 121 is provided for each element in order to allow an electron beam to pass through a striped electrode provided orthogonal to the ladder-shaped element rows. 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.

【0107】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。
The outer terminal 122 and the outer grid terminal 123 are electrically connected to a control circuit (not shown).

【0108】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。
In the image forming apparatus of this embodiment, a modulation signal for one line of an image is simultaneously applied to the grid electrode rows 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.

【0109】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
もできる。
The image forming apparatus of the present invention can be used not only as a display device for a television broadcast, 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. It can also be used.

【0110】[0110]

【実施例】実施例1 電子放出素子として図2に示すタイプの電子放出素子を
作成した。図2(a)は本素子の平面図を、図2(b)
は断面図を示している。また、図2(a)、(b)中の
記号1は絶縁性基板、2および3は素子に電圧を印加す
るための一対の素子電極、4は導電性薄膜、5は電子放
出部を示す。なお、図中のL1は素子電極間隔、W1は
素子電極の幅、dは素子電極の厚さ、W2は薄膜の幅を
表している。
EXAMPLE 1 An electron-emitting device of the type shown in FIG. 2 was produced as an electron-emitting device. FIG. 2A is a plan view of the device, and FIG.
Shows a cross-sectional view. 2A and 2B, reference numeral 1 denotes an insulating substrate, 2 and 3 denote a pair of device electrodes for applying a voltage to the device, 4 denotes a conductive thin film, and 5 denotes an electron emitting portion. . In the drawing, L1 represents the element electrode interval, W1 represents the width of the element electrode, d represents the thickness of the element electrode, and W2 represents the width of the thin film.

【0111】図3を用いて、本実施例の電子放出素子の
製造方法を述べる。まず絶縁性基板1として石英ガラス
基板を用意し、これを有機溶剤により充分に洗浄した。
次にこの基板にガン電圧3kV、ガン電流0.5mA、
入射角45°の条件でArイオンを30分間照射した。
このとき基板表面には不図示の微小な(5nm程度)凹
凸が形成された。次にこの基板面上にNiからなる素子
電極2、3を形成した{図3(a)}。素子電極間隔L
1は3μとし、素子電極の幅W1を500μ、その厚さ
dを1000Åとした。
A method for manufacturing the electron-emitting device of this embodiment will be described with reference to FIG. First, a quartz glass substrate was prepared as the insulating substrate 1, and this was sufficiently washed with an organic solvent.
Next, a gun voltage of 3 kV and a gun current of 0.5 mA were applied to this substrate.
Ar ions were irradiated for 30 minutes at an incident angle of 45 °.
At this time, not-shown minute (about 5 nm) irregularities were formed on the substrate surface. Next, device electrodes 2 and 3 made of Ni were formed on the substrate surface {FIG. 3A}. Element electrode interval L
1 was 3 μm, the width W1 of the device electrode was 500 μm, and its thickness d was 1000 °.

【0112】ジメチルスルホキシド40重量%の水溶液
を任意量調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重
量濃度0.4%となるように溶解して暗赤色の溶液を得
た。この液の一部を別容器にとり減圧して赤褐色のペー
ストとなるまで溶媒を蒸発させた。上記の暗赤色溶液
(導電性薄膜形成用材料)の液滴32をバブルジェット
方式のインクジェット装置31によって電極2、3にま
たがるような液溜33のように付与した{図3
(b)}。次にこの有機金属薄膜6{図3(c)}を8
0℃で2分乾燥させた後、350℃で12分焼成して主
として酸化パラジウムである導電性薄膜4を形成した
{図3(d)}。
An arbitrary amount of an aqueous solution containing 40% by weight of dimethyl sulfoxide was prepared, and palladium acetate was dissolved therein to obtain a palladium weight concentration of 0.4% to obtain a dark red solution. A part of this solution was taken in another container and the pressure was reduced to evaporate the solvent until a reddish brown paste was obtained. Droplets 32 of the above dark red solution (material for forming a conductive thin film) are applied by a bubble jet type ink jet device 31 like a liquid reservoir 33 straddling the electrodes 2 and 3 {FIG.
(B)}. Next, this organometallic thin film 6 {FIG.
After drying at 0 ° C. for 2 minutes, baking was performed at 350 ° C. for 12 minutes to form a conductive thin film 4 mainly made of palladium oxide (FIG. 3D).

【0113】ここで光学顕微鏡を用いて観察したとこ
ろ、薄膜の大きな膜厚むらは観察されず、ほぼ均一な膜
厚の薄膜が形成されていた。
When observed using an optical microscope, no large unevenness in the thickness of the thin film was observed, and a thin film having a substantially uniform thickness was formed.

【0114】次に、真空容器中で素子電極2および3の
間に電圧を印加し、導電性薄膜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を作成した
{図3(d)}。フォーミング処理の電圧波形を図4に
示す。
Next, a voltage was applied between the device electrodes 2 and 3 in a vacuum vessel, and the conductive thin film 4 was subjected to an energizing process (forming process) to form an electron-emitting portion 5 {FIG. )}. FIG. 4 shows a voltage waveform of the forming process.

【0115】本実施例では電圧波形のパルス幅T1を1
ミリ秒、パルス間隔T2を10ミリ秒とし、三角波の波
高値(フォーミング処理時のピーク電圧)は5Vとし、
フォーミング処理は約1×10のマイナス6乗torr
の真空雰囲気下で60秒間行った。このように作成され
た電子放出部5は、パラジウム元素を主成分とする微粒
子が分散配置された状態となり、その微粒子の平均粒径
は50Åであった。
In this embodiment, the pulse width T1 of the voltage waveform is set to 1
Milliseconds, the pulse interval T2 is 10 milliseconds, the peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of forming processing) is 5 V,
Forming process is about 1 × 10 minus 6 torr
For 60 seconds. In the electron-emitting portion 5 thus formed, fine particles mainly containing palladium element were dispersed and arranged, and the average particle size of the fine particles was 50 °.

【0116】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性を図5の構成の測定評価装置によ
り測定した。本電子放出素子およびアノード電極54は
真空装置55内に設置されており、その真空装置55に
は排気ポンプ56および不図示の真空計等の真空装置5
5に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素
子の測定評価を行えるようになっている。なお本実施例
では、アノード電極54と電子放出素子間の距離を4m
m、アノード電極54の電位を1kV、電子放出特性測
定時の真空装置内の真空度を1×10のマイナス6乗t
orrとした。
The electron emission characteristics of the device fabricated as described above were measured by a measurement and evaluation apparatus having the structure shown in FIG. The electron-emitting device and the anode electrode 54 are installed in a vacuum device 55, and the vacuum device 55 has a vacuum device 5 such as an exhaust pump 56 and a vacuum gauge (not shown).
5 is equipped with the necessary equipment so that measurement and evaluation of the present element can be performed under a desired vacuum. In this embodiment, the distance between the anode 54 and the electron-emitting device is 4 m.
m, the potential of the anode electrode 54 is 1 kV, and the degree of vacuum in the vacuum apparatus at the time of measuring the electron emission characteristics is 1 × 10 −6 t.
orr.

【0117】以上のような測定評価装置を用いて、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、
その時に流れる素子電流Ifおよび放出電流Ieを測定
したところ、図6に示したような電流−電圧特性が得ら
れた。本素子では、素子電圧7V程度から急激に放出電
流Ieが増加し、素子電圧12Vでは平均素子電流If
が0.8mA、放出電流Ieが0.62μAとなり、電
子放出効率η=Ie/If(%)は0.08%であっ
た。
By using the above-described measurement and evaluation apparatus, an element voltage is applied between the electrodes 2 and 3 of the electron-emitting device.
When the device current If and the emission current Ie flowing at that time were measured, current-voltage characteristics as shown in FIG. 6 were obtained. In this device, the emission current Ie rapidly increases from a device voltage of about 7 V, and the average device current If
Was 0.8 mA, the emission current Ie was 0.62 μA, and the electron emission efficiency η = Ie / If (%) was 0.08%.

【0118】また素子の電子放出効率のばらつきは、1
5%であった。(尚、素子は基板上に10コある)以上
説明した実施例中、電子放出部を形成する際に、素子の
電極間に三角波パルスを印加してフォーミング処理を行
っているが、素子の電極間に印加する波形は三角波に限
定することはなく、矩形波など所望の波形を用いても良
く、その波高値およびパルス幅・パルス間隔等について
も上述の値に限ることなく、電子放出部が良好に形成さ
れれば所望の値を選択することができる。
The variation in the electron emission efficiency of the device is 1
5%. In the above-described embodiment, when forming an electron emission portion, a forming process is performed by applying a triangular wave pulse between the electrodes of the device. The waveform applied in between is not limited to a triangular wave, and a desired waveform such as a rectangular wave may be used. The peak value, pulse width, pulse interval, and the like are not limited to the values described above, and the electron emitting portion may be used. If formed well, a desired value can be selected.

【0119】実施例2 ジメチルスルホキシド30重量%の水溶液を調製し、こ
れにプロピオン酸パラジウムをパラジウム重量濃度0.
25%となるように溶解して赤色の溶液を得た。以下、
実施例1と同様にして電子放出素子を作成し、実施例1
と同様な電子放出効率や電子放出効率のばらつきが得ら
れることを確認した。
Example 2 A 30% by weight aqueous solution of dimethyl sulfoxide was prepared, and palladium propionate was added to the aqueous solution at a palladium weight concentration of 0.1%.
It was dissolved to 25% to obtain a red solution. Less than,
An electron-emitting device was prepared in the same manner as in the first embodiment.
It was confirmed that the same electron emission efficiency and the same variation in electron emission efficiency were obtained.

【0120】実施例3 複数の素子電極とマトリクス状配線とを形成した基板
(図7)の各対向電極に対してそれぞれ実施例1と同様
にして有機金属化合物溶液液滴32をバブルジェット方
式のインクジェット装置31により付与して乾燥、加熱
焼成したのち、フォーミング処理を行い電子源基板71
とした。この電子源基板71によリアプレート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8の概念図に従う表示パネルを作成した。
Example 3 In the same manner as in Example 1, an organometallic compound solution droplet 32 was applied to each counter electrode of a substrate (FIG. 7) on which a plurality of device electrodes and matrix wirings were formed by a bubble jet method. After being applied and dried and heated and baked by the ink jet device 31, the electron source substrate 71 is subjected to a forming process.
And The rear plate 81, the support frame 82, and the face plate 86 were connected to the electron source substrate 71 and vacuum-sealed to produce a display panel according to the conceptual diagram of FIG.

【0121】実施例4 電子放出素子として図2に示すタイプの電子放出素子を
作成した。
Example 4 An electron-emitting device of the type shown in FIG. 2 was prepared as an electron-emitting device.

【0122】図3を用いて、本実施例の電子放出素子の
製造方法を述べる。まず絶縁性基板1として石英ガラス
基板を用意し、これを有機溶剤により充分に洗浄した。
次にこの基板を0.05重量%のフッ化水素水溶液に室
温で5分間浸してから取り出し、水洗後これをさらに有
機溶剤により充分洗浄した。このとき基板表面には不図
示の微小(5nm程度)凹凸が形成された。
A method for manufacturing the electron-emitting device of this embodiment will be described with reference to FIG. First, a quartz glass substrate was prepared as the insulating substrate 1, and this was sufficiently washed with an organic solvent.
Next, the substrate was immersed in a 0.05% by weight aqueous solution of hydrogen fluoride at room temperature for 5 minutes, taken out, washed with water, and further thoroughly washed with an organic solvent. At this time, not-shown minute (about 5 nm) irregularities were formed on the substrate surface.

【0123】さらに有機溶剤により充分に洗浄した。次
にこの基板面上にNiからなる素子電極2、3を形成し
た{図3(a)}。素子電極間隔L1は3μとし、素子
電極の幅W1を500μ、その厚さdを1000Åとし
た。
Further, the substrate was sufficiently washed with an organic solvent. Next, device electrodes 2 and 3 made of Ni were formed on the substrate surface {FIG. 3A}. The element electrode interval L1 was 3 μm, the element electrode width W1 was 500 μm, and its thickness d was 1000 °.

【0124】ジメチルスルホキシド40重量%の水溶液
を任意量調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重
量濃度0.4%となるように溶解して暗赤色の溶液を得
た。この液の一部を別容器にとり減圧して赤褐色のペー
ストとなるまで溶媒を蒸発させた。上記の暗赤色溶液
(導電性薄膜形成用材料)の液滴32をバブルジェット
方式のインクジェット装置31によって電極2、3にま
たがるような液溜33のように付与した{図3
(b)}。次にこの有機金属薄膜6{図3(c)}を8
0℃で2分乾燥させた後、350℃で12分焼成して主
として酸化パラジウムである導電性薄膜4を形成した
{図3(d)}。
An arbitrary amount of an aqueous solution containing 40% by weight of dimethyl sulfoxide was prepared, and palladium acetate was dissolved therein to obtain a palladium weight concentration of 0.4% to obtain a dark red solution. A part of this solution was taken in another container and the pressure was reduced to evaporate the solvent until a reddish brown paste was obtained. Droplets 32 of the above dark red solution (material for forming a conductive thin film) are applied by a bubble jet type ink jet device 31 like a liquid reservoir 33 straddling the electrodes 2 and 3 {FIG.
(B)}. Next, this organometallic thin film 6 {FIG.
After drying at 0 ° C. for 2 minutes, baking was performed at 350 ° C. for 12 minutes to form a conductive thin film 4 mainly made of palladium oxide (FIG. 3D).

【0125】ここで光学顕微鏡を用いて観察したとこ
ろ、薄膜の膜厚むらは観察されず、均一な膜厚の薄膜が
形成されていた。
When observed using an optical microscope, no unevenness in the thickness of the thin film was observed, and a thin film having a uniform thickness was formed.

【0126】次に、真空容器中で素子電極2および3の
間に電圧を印加し、導電性薄膜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を作成した
{図3(d)}。フォーミング処理の電圧波形を図4に
示す。
Next, a voltage was applied between the device electrodes 2 and 3 in a vacuum vessel, and the conductive thin film 4 was subjected to an energizing process (forming process) to form an electron-emitting portion 5 {FIG. )}. FIG. 4 shows a voltage waveform of the forming process.

【0127】本実施例では電圧波形のパルス幅T1を1
ミリ秒、パルス間隔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)は5Vとし、フォ
ーミング処理は約1×10のマイナス6乗torrの真
空雰囲気下で60秒間行った。このように作成された電
子放出部3は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が
分散配置された状態となり、その微粒子の平均粒径は5
0Åであった。
In this embodiment, the pulse width T1 of the voltage waveform is set to 1
The pulse duration T2 was 10 milliseconds, the peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of forming) was 5 V, and the forming process was performed in a vacuum atmosphere of about 1 × 10 −6 torr for 60 seconds. The electron-emitting portion 3 thus formed is in a state in which fine particles mainly composed of palladium element are dispersed and arranged, and the average particle diameter of the fine particles is 5.
It was 0 °.

【0128】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性を図5の構成の測定評価装置によ
り測定した。本電子放出素子およびアノード電極54は
真空装置55内に設置されており、その真空装置55に
は排気ポンプ56および不図示の真空計等の真空装置に
必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の
測定評価を行えるようになっている。なお本実施例で
は、アノード電極54と電子放出素子間の距離を4m
m、アノード電極54の電位を1kV、電子放出特性測
定時の真空装置55内の真空度を1×10のマイナス6
乗torrとした。
The electron emission characteristics of the device fabricated as described above were measured by a measurement and evaluation apparatus having the structure shown in FIG. The present electron-emitting device and the anode electrode 54 are installed in a vacuum device 55, and the vacuum device 55 is provided with equipment necessary for a vacuum device such as an exhaust pump 56 and a vacuum gauge (not shown). The device can be measured and evaluated under vacuum. In this embodiment, the distance between the anode 54 and the electron-emitting device is 4 m.
m, the potential of the anode electrode 54 is 1 kV, and the degree of vacuum in the vacuum device 55 at the time of measuring electron emission characteristics is 1 × 10 minus 6
The power was torr.

【0129】以上のような測定評価装置を用いて、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、
その時に流れる素子電流Ifおよび放出電流Ieを測定
したところ、図6に示したような電流−電圧特性が得ら
れた。本素子では、素子電圧7V程度から急激に放出電
流Ieが増加し、素子電圧12Vでは素子電流Ifが
1.0mA、放出電流Ieが0.8μAとなり、電子放
出効率η=Ie/If(%)は0.08%であった。
Using the above-described measurement and evaluation apparatus, a device voltage is applied between the electrodes 2 and 3 of the electron-emitting device.
When the device current If and the emission current Ie flowing at that time were measured, current-voltage characteristics as shown in FIG. 6 were obtained. In this device, the emission current Ie rapidly increases from an element voltage of about 7 V. At an element voltage of 12 V, the element current If becomes 1.0 mA, the emission current Ie becomes 0.8 μA, and the electron emission efficiency η = Ie / If (%). Was 0.08%.

【0130】また素子ごとの電子放出効率のばらつき
は、15%であった。(尚、基板上に素子が10コあ
る)以上説明した実施例中、電子放出部を形成する際
に、素子の電極間に三角波パルスを印加してフォーミン
グ処理を行っているが、素子の電極間に印加する波形は
三角波に限定することはなく、矩形波など所望の波形を
用いても良く、その波高値およびパルス幅・パルス間隔
等についても上述の値に限ることなく、電子放出部が良
好に形成されれば所望の値を選択することができる。
The variation in the electron emission efficiency for each device was 15%. (Note that there are 10 elements on the substrate.) In the above-described embodiment, when forming an electron-emitting portion, a forming process is performed by applying a triangular wave pulse between the electrodes of the element. The waveform to be applied in between is not limited to a triangular wave, and a desired waveform such as a rectangular wave may be used. The peak value, pulse width, pulse interval, and the like are not limited to the values described above. If formed well, a desired value can be selected.

【0131】実施例5 ジメチルスルホキシド30重量%の水溶液を調製し、こ
れにプロピオン酸パラジウムをパラジウム重量濃度0.
25%となるように溶解して赤色の溶液を得た。以下、
実施例4と同様にして電子放出素子を作成し、実施例4
と同様な電子放出効率や電子放出効率のばらつきが得ら
れることを確認した。
Example 5 A 30% by weight aqueous solution of dimethyl sulfoxide was prepared, and palladium propionate was added to the aqueous solution at a palladium weight concentration of 0.1%.
It was dissolved to 25% to obtain a red solution. Less than,
An electron-emitting device was prepared in the same manner as in the fourth embodiment.
It was confirmed that the same electron emission efficiency and the same variation in electron emission efficiency were obtained.

【0132】実施例6 複数の素子電極とマトリクス状配線とを形成した基板
(図7)の各対向電極に対してそれぞれ実施例4と同様
にして有機金属化合物溶液液滴32をバブルジェット方
式のインクジェット装置31により付与し、焼成したの
ち、フォーミング処理を行い電子源基板とした。この電
子源基板にリアプレート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8の概念図に従う表
示パネルを作成した。
Example 6 In the same manner as in Example 4, an organometallic compound solution droplet 32 was applied to each counter electrode of a substrate (FIG. 7) on which a plurality of device electrodes and matrix wirings were formed by a bubble jet method. After being applied and baked by the ink jet device 31, a forming process was performed to obtain an electron source substrate. A rear plate 81, a support frame 82, and a face plate 86 were connected to the electron source substrate and vacuum-sealed to produce a display panel according to the conceptual diagram of FIG.

【0133】比較例1 電子放出素子として図2に示すタイプの電子放出素子を
作成した。
Comparative Example 1 An electron-emitting device of the type shown in FIG. 2 was prepared as an electron-emitting device.

【0134】図3を用いて、本比較例の電子放出素子の
作成方法を述べる。まず絶縁性基板1として石英ガラス
基板を用意し、これを有機溶剤により充分に洗浄後、基
板面上にNiからなる素子電極2,3を形成した{図3
(a)}。素子電極間隔L1は3μとし、素子電極の幅
W1を500μ、その厚さdを1000Åとした。
A method for manufacturing the electron-emitting device of this comparative example will be described with reference to FIG. First, a quartz glass substrate was prepared as the insulating substrate 1, and this was sufficiently washed with an organic solvent, and then the device electrodes 2 and 3 made of Ni were formed on the substrate surface.
(A)}. The element electrode interval L1 was 3 μm, the element electrode width W1 was 500 μm, and its thickness d was 1000 °.

【0135】ジメチルスルホキシド40重量%の水溶液
を任意量調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重
量濃度0.4%となるように溶解して暗赤色の溶液を得
た。この液の一部を別容器にとり減圧して赤褐色のペー
ストとなるまで溶媒を蒸発させた。上記の暗赤色溶液
(導電性薄膜形成用材料)の液滴32をバブルジェット
方式のインクジェット装置31によって電極2、3にま
たがるような液溜33のように付与した{図3
(b)}。次にこの有機金属薄膜6{図3(c)}を8
0℃で2分乾燥させた後、350℃で12分焼成して主
として酸化パラジウムからなる導電性薄膜4を形成した
{図3(d)}。
An arbitrary amount of an aqueous solution containing 40% by weight of dimethyl sulfoxide was prepared, and palladium acetate was dissolved therein to obtain a palladium weight concentration of 0.4% to obtain a dark red solution. A part of this solution was taken in another container and the pressure was reduced to evaporate the solvent until a reddish brown paste was obtained. Droplets 32 of the above dark red solution (material for forming a conductive thin film) are applied by a bubble jet type ink jet device 31 like a liquid reservoir 33 straddling the electrodes 2 and 3 {FIG.
(B)}. Next, this organometallic thin film 6 {FIG.
After drying at 0 ° C. for 2 minutes, it was baked at 350 ° C. for 12 minutes to form a conductive thin film 4 mainly composed of palladium oxide {FIG. 3 (d)}.

【0136】次に、真空容器中で素子電極2および3の
間に電圧を印加し、導電性薄膜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を作成した
{図3(d)}。フォーミング処理の電圧波形を図3に
示す。
Next, a voltage was applied between the device electrodes 2 and 3 in a vacuum vessel, and the conductive thin film 4 was energized (formed) to form the electron-emitting portion 5 {FIG. )}. FIG. 3 shows a voltage waveform of the forming process.

【0137】本比較例では電圧波形のパルス幅T1を1
ミリ秒、パルス間隔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)は5Vとし、フォ
ーミング処理は約1×10のマイナス6乗torrの真
空雰囲気下で60秒間行った。このように作成された電
子放出部5は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が
分散配置された状態となり、その微粒子の平均粒径は5
0Åであった。
In this comparative example, the pulse width T1 of the voltage waveform is set to 1
The pulse duration T2 was 10 milliseconds, the peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of forming) was 5 V, and the forming process was performed in a vacuum atmosphere of about 1 × 10 −6 torr for 60 seconds. The electron-emitting portion 5 thus formed is in a state in which fine particles mainly composed of palladium element are dispersed and arranged, and the average particle diameter of the fine particles is 5
It was 0 °.

【0138】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性を図5の構成の測定評価装置によ
り測定した。本電子放出素子およびアノード電極54は
真空装置55内に設置されており、その真空装置55に
は排気ポンプ56および不図示の真空計等の真空装置5
5に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素
子の測定評価を行えるようになっている。なお本実施例
では、アノード電極と電子放出素子間の距離を4mm、
アノード電極の電位を1kV、電子放出特性測定時の真
空装置内の真空度を1×10のマイナス6乗torrと
した。
With respect to the device fabricated as described above, the electron emission characteristics were measured by the measurement and evaluation apparatus having the configuration shown in FIG. The electron-emitting device and the anode electrode 54 are installed in a vacuum device 55, and the vacuum device 55 has a vacuum device 5 such as an exhaust pump 56 and a vacuum gauge (not shown).
5 is equipped with the necessary equipment so that measurement and evaluation of the present element can be performed under a desired vacuum. In this embodiment, the distance between the anode electrode and the electron-emitting device is 4 mm,
The potential of the anode electrode was 1 kV, and the degree of vacuum in the vacuum apparatus at the time of measuring the electron emission characteristics was 1 × 10 −6 torr.

【0139】以上のような測定評価装置を用いて、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、
その時に流れる素子電流Ifおよび放出電流Ieを測定
したところ、図6に示したような電流−電圧特性が得ら
れた。本素子では、素子電圧7V程度から急激に放出電
流Ieが増加し、素子電圧12Vでは素子電流Ifが
0.8mA、放出電流Ieが0.62μAとなり、電子
放出効率η=Ie/If(%)は0.08%であった。
Using the above-described measurement and evaluation apparatus, a device voltage is applied between the electrodes 2 and 3 of the electron-emitting device.
When the device current If and the emission current Ie flowing at that time were measured, current-voltage characteristics as shown in FIG. 6 were obtained. In this device, the emission current Ie rapidly increases from an element voltage of about 7 V. At an element voltage of 12 V, the element current If becomes 0.8 mA, the emission current Ie becomes 0.62 μA, and the electron emission efficiency η = Ie / If (%). Was 0.08%.

【0140】また素子ごとの電子放出効率のばらつきは
37%であった。尚、バラツキは基板上に前述の素子を
10コ作成したもののバラツキである。比較例2 ジメチルスルホキシド30重量%の水溶液を任意量調製
し、これにプロピオン酸パラジウムをパラジウム重量濃
度0.25%となるように溶解して赤色の溶液を得た。
以下、比較例1と同様にして電子放出素子を作成し、比
較例1と同様な電子放出効率や電子放出効率のばらつき
が得られることを確認した。
The variation in the electron emission efficiency for each device was 37%. In addition, the variation is the variation of 10 pieces of the above-described elements formed on a substrate. Comparative Example 2 An arbitrary amount of an aqueous solution containing 30% by weight of dimethyl sulfoxide was prepared, and palladium propionate was dissolved in the aqueous solution so as to have a palladium weight concentration of 0.25% to obtain a red solution.
Hereinafter, an electron-emitting device was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and it was confirmed that the same electron-emitting efficiency and variation in electron-emitting efficiency as in Comparative Example 1 were obtained.

【0141】[0141]

【発明の効果】以上に説明したように本発明の方法に従
い電子放出素子を形成するならば、インクジェット方式
で液滴を付与するため、大型真空薄膜形成装置を用いる
ことなく成膜工程が簡素化され低コストで大面積にわた
って素子を形成できる。さらに本発明に従い電子放出素
子を形成するならば、凹凸を有する基板を用いており面
の粗度が増大しているので金属組成物を含む溶液の液滴
を基板に部分的に付与する工程において、基板に付与し
た液滴の真の接触角が90度よりも小さくかつ基板の有
する凹凸によって面の粗度が増大するために、液滴の見
かけの接触角が減少するので液滴が濡れやすくなり、液
滴が均一に拡がることができるため、所望の均一の膜厚
や、所望の素子特性を容易に得ることができるので、良
好な電子放出素子、電子源、表示パネル、画像形成装置
の製造方法を提供することができる。
As described above, if an electron-emitting device is formed according to the method of the present invention, droplets are applied by an ink jet method, so that the film forming process can be simplified without using a large vacuum thin film forming apparatus. The element can be formed over a large area at low cost. Furthermore, if an electron-emitting device is formed according to the present invention, in the step of partially applying a droplet of a solution containing a metal composition to the substrate, since a substrate having irregularities is used and the roughness of the surface is increased, Since the true contact angle of the droplet applied to the substrate is smaller than 90 degrees and the roughness of the surface increases due to the unevenness of the substrate, the apparent contact angle of the droplet decreases, so that the droplet is easily wetted. Since the droplets can be spread evenly, a desired uniform film thickness and desired device characteristics can be easily obtained, so that a favorable electron-emitting device, electron source, display panel, image forming apparatus, etc. A manufacturing method can be provided.

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

【図1】 従来の表面伝導型電子放出素子の1例を示す
概略平面図および構成図。
FIG. 1 is a schematic plan view and a configuration diagram showing an example of a conventional surface conduction electron-emitting device.

【図2】 表面伝導型電子放出素子の1例を示す概略平
面図および断面図。
FIG. 2 is a schematic plan view and a cross-sectional view illustrating an example of a surface conduction electron-emitting device.

【図3】 電子放出素子の作製方法の模式的断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a method for manufacturing an electron-emitting device.

【図4】 本発明の電子放出素子のフォーミング処理の
電圧波形。
FIG. 4 is a voltage waveform of a forming process of the electron-emitting device of the present invention.

【図5】 電子放出特性を測定するための測定評価装置
の概略構成図。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a measurement evaluation device for measuring electron emission characteristics.

【図6】 本発明の電子放出素子の放出電流Ieおよび
素子電流Ifと素子電圧Vfとの関係の典型例を示すグ
ラフ。
FIG. 6 is a graph showing a typical example of the relationship between the emission current Ie, the device current If, and the device voltage Vf of the electron-emitting device of the present invention.

【図7】 単純マトリクス配置の電子源の概略構成図。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an electron source having a simple matrix arrangement.

【図8】 単純マトリクス配置の電子源を用いた表示パ
ネルの概略構成図。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a display panel using an electron source having a simple matrix arrangement.

【図9】 蛍光膜。FIG. 9 shows a fluorescent film.

【図10】 画像形成装置をNTSC方式のテレビ信号
に応じて表示を行う例の駆動回路のブロック図。
FIG. 10 is a block diagram of a driving circuit in which an image forming apparatus performs display in accordance with an NTSC television signal.

【図11】 梯子配置の電子源の概略構成図。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an electron source having a ladder arrangement.

【図12】 梯子配置の電子源を用いた表示パネルの概
略構成図。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a display panel using an electron source in a ladder arrangement.

【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:有機金属薄膜、31:インクジェット装
置、32:液滴、 33:液溜、50:素子電流Ifを
測定する電流計、51:素子電圧Vfを印加する電源、
52:放出電流Ieを測定する電流計、53:高圧電
源、54:放出電流Ieを捕捉するアノード電極、5
5:真空装置、56: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、8
2: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、
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、1
11:電子放出素子、112(Dx1〜Dx10):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の空孔、12
2:Dox1Dox2・・・Doxmからなる容器外端
子、123:グリッド電極120と接続されたG1、G
2。
1: substrate, 2: 3: device electrode, 4: conductive thin film, 5: electron emitting portion, 6: organometallic thin film, 31: ink jet device, 32: droplet, 33: liquid reservoir, 50: device current If Ammeter for measuring, 51: power supply for applying element voltage Vf,
52: ammeter for measuring emission current Ie, 53: high-voltage power supply, 54: anode electrode for capturing emission current Ie, 5
5: vacuum device, 56: exhaust pump, 71: electron source substrate,
72: X direction wiring, 73: Y direction wiring, 74: Surface conduction electron-emitting device, 75: Connection, 81: Rear plate, 8
2: 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,
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, 1
11: electron-emitting device, 112 (Dx1 to Dx10): common wiring for wiring the electron-emitting device, 120: grid electrode, 121: hole for passing electrons, 12
2: Dox1 Dox2... Doxm external terminal, 123: G1, G connected to grid electrode 120
2.

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上の対向する電極間に金属組成物を
含む導電性薄膜形成用材料をインクジェット方式により
液滴の状態で付与し、加熱焼成する工程を経電子放出
素子を形成する製造方法において、前記基板は前記液滴
の付与位置に凸を有していることを特徴とする電子放
出素子の製造方法。
1. A conductive thin film-forming material containing a metal composition to impart a state of <br/> droplets by an inkjet method between opposing substrate electrode, through more engineering for firing the electron emitting In the manufacturing method for forming an element, the substrate may include the droplet.
A method of manufacturing an electron-emitting device characterized by the granted position has a concave convex.
【請求項2】 前記電子放出素子が表面伝導型電子放出
素子である請求項1に記載の電子放出素子の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the electron-emitting device is a surface conduction electron-emitting device.
【請求項3】 前記のインクジェット方式がバブルジェ
ット方式であることを特徴とする請求項1または2に記
載の電子放出素子の製造方法。
3. A method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 1 or 2, wherein the ink jet method is characterized in that it is a bubble jet system.
【請求項4】 前記の基板が有する凹凸の形成手段が、
イオン照射であることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1つに記載の電子放出素子の製造方法。
4. The means for forming unevenness of the substrate,
4. The method according to claim 1, wherein the irradiation is ion irradiation.
A method for manufacturing an electron-emitting device according to any one of the preceding claims.
【請求項5】 前記の基板の有する凹凸の形成手段が、
化学エッチングであることを特徴とする請求項1〜3の
いずれか1つに記載の電子放出素子の製造方法。
5. The means for forming unevenness of the substrate,
4. The method according to claim 1, wherein said etching is chemical etching.
A method for manufacturing the electron-emitting device according to any one of the above.
【請求項6】 電子放出素子と該素子への電圧印加手段
とを具備する電子源の製造方法であって、該電子放出素
子を請求項1〜のいずれか1つに記載の方法で製造す
ることを特徴とする電子源の製造方法。
6. A method of manufacturing an electron source having a voltage application means to the electron emitting device and the element, produced by the process of any one of claims 1 to 5 the electron-emitting device A method of manufacturing an electron source.
【請求項7】 電子放出素子と該素子への電圧印加手段
とを具備する電子源と、該素子から放出される電子を受
けて発光する発光体とを具備する表示パネルの製造方法
であって、該電子放出素子を請求項1〜のいずれか1
つに記載の方法で製造することを特徴とする表示パネル
の製造方法。
7. A method for manufacturing a display panel, comprising: an electron source including an electron-emitting device and a means for applying a voltage to the device; and a luminous body that emits light by receiving electrons emitted from the device. The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 5 ,
A method for manufacturing a display panel, comprising: manufacturing the display panel.
【請求項8】 電子放出素子および該素子への電圧印加
手段とを具備する電子源と、該素子から放出される電子
を受けて発光する発光体と、外部信号に基づいて該素子
へ印加する電圧を制御する駆動回路とを具備する画像形
成装置の製造方法であって、該電子放出素子を請求項1
のいずれか1つに記載の方法で製造することを特徴
とする画像形成装置の製造方法。
8. An electron source including an electron-emitting device and a means for applying a voltage to the device, a luminous body that receives and emits electrons emitted from the device, and applies the light to the device based on an external signal. 2. A method for manufacturing an image forming apparatus, comprising: a driving circuit for controlling a voltage;
7. A method for manufacturing an image forming apparatus, wherein the method is performed by the method according to any one of items 5 to 5 .
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