JP2000251625A - Electron emitting element, electron source, image forming device, and manufacture of the electron emitting element - Google Patents

Electron emitting element, electron source, image forming device, and manufacture of the electron emitting element

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JP2000251625A JP4789299A JP4789299A JP2000251625A JP 2000251625 A JP2000251625 A JP 2000251625A JP 4789299 A JP4789299 A JP 4789299A JP 4789299 A JP4789299 A JP 4789299A JP 2000251625 A JP2000251625 A JP 2000251625A
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emitting device
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element having high electron emitting efficiency and stable electron emitting characteristic over a long time by increasing the conductivity of a pair of films, having carbon which are connected to a pair of electrodes, respectively, and partitioned by a first clearance part toward the first clearance part. SOLUTION: A pair of films having carbon is electrically connected to electrodes via a conductive thin film 4 arranged between the electrodes, and the conductive thin film 4 has a second clearance part between the electrodes. A first clearance part 8 is arranged within the second clearance part, and the narrowest part in the vertical direction to a base body surface of the first clearance part 8 is preferably located on the end part distant from the base body surface. An electron emission part 5 is formed of films 21 and 22 having carbon, which are opposed with the first clearance part 8 between, and a substrate recessed part 23 having carbon atom by passing through activation process. The film present in the narrowest position of the first clearance part 8 has a thickness of 100 nm or less, the carbon is graphite carbon, and a Pd fine particle film is suitably used as the conductive thin film.

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、電子放出素子及び
電子源及び画像形成装置及び電子放出素子の製造方法に
関する。
The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source, an image forming apparatus, and a method for manufacturing an electron-emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の2種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型(以下FE型と略す)、金属/絶縁層/金属
型(以下MIM型と略す)や表面伝導型電子放出素子等
がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron emitting devices, a thermionic electron source and a cold cathode electron source, are known. The cold cathode electron source includes a field emission type (hereinafter abbreviated as FE type), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter abbreviated as MIM type), and a surface conduction type electron emission element.

【0003】FE型の例としてはW.P.Dyke&
W.W.Dolan,“Fieldemissio
n",Advance in Electron Ph
ysics,8,89(1956)あるいはC.A.S
pindt,“PhysicalProperties
of thin−film field emiss
ion cathodes with molybde
nium cones",J.Appl.Phys.,
47,5248(1976)等が知られている。
As an example of the FE type, W. P. Dyke &
W. W. Dolan, "Fielddemissio
n ", Advance in Electron Ph
ysics, 8, 89 (1956) or C.I. A. S
pindt, "PhysicalProperties"
of thin-film field emiss
ion cathodes with mollybde
nium cones ", J. Appl. Phys.,
47, 5248 (1976).

【0004】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) and the like are known.

【0005】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)
等がある。
As an example of the surface conduction electron-emitting device,
M. I. Elinson, RadioEng. Elec
Tron Phys. , 10, 1290, (1965)
Etc.

【0006】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、膜面に並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.Ditmmer,Thin Solid Fil
ms,9,317(1972)〕、ln2 O3 /SnO
2 薄膜によるもの〔M.Hartwell and
C.G.Fonsted,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、第一号、22頁
(1983)〕等が報告されている。
[0006] The surface conduction electron-emitting device utilizes the phenomenon that electron emission occurs when a current flows in a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. Examples of the surface conduction electron-emitting device include a device using a SnO2 thin film by Elinson et al. And a device using an Au thin film [G. Dimmer, Thin Solid Fil
ms, 9, 317 (1972)], In2 O3 / SnO
2 Thin film [M. Hartwell and
C. G. FIG. Fonsted, IEEE Trans. ED
Conf. , 519 (1975)], and those using a carbon thin film [Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, p. 22 (1983)], and the like.

【0007】これらの表面伝導型素子放出素子の典型的
な構成として前述のM.ハートウェルの素子構成を図1
7に示す。同図において1は絶縁性基板である。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、後述のフォーミングと
呼ばれる通電処理により線状の電子放出部5が形成され
る。尚、図中の素子電極間隔Lは0.5〜1mm、Wは
0.1mmで設定されている。
As a typical configuration of these surface conduction type emission devices, the above-mentioned M.D. Figure 1 shows the device configuration of Hartwell
FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an insulating 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 a linear electron-emitting portion 5 is formed by an energization process called forming described later. In the drawing, the element electrode interval L is set to 0.5 to 1 mm, and W is set to 0.1 mm.

【0008】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/分程度に印加通電し、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, before the electron emission, the electron-emitting portion 5 is generally formed by applying a current to the conductive thin film 4 by a process called forming. That is, forming means applying a DC voltage or a very slowly increasing voltage, for example, about 1 V / min, to both ends of the conductive thin film 4 and energizing the conductive thin film 4 to locally break, deform or alter the conductive thin film, thereby increasing the electrical resistance. This is to form the electron-emitting portion 5 in a resistance state. In the electron emitting portion 5, a crack is generated in a part of the conductive thin film 4, and electrons are emitted from the vicinity of the crack. The surface-conduction type electron-emitting device that has been subjected to the 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.

【0009】一方、たとえば特開平7−235255号
公報に開示されているように、フォーミングを終えた素
子に対して活性化処理と呼ばれる処理を施す場合があ
る。活性化処理工程とは、この工程により、素子電流I
f、放出電流Ieが、著しく変化する工程である。
On the other hand, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-235255, there is a case where an element which has been formed is subjected to a process called an activation process. The activation processing step means that the element current I
f, a step in which the emission current Ie changes significantly.

【0010】活性化工程は、有機物質を含有する雰囲気
下で、フォーミング処理同様、素子に電圧を印加するこ
とで行うことができる。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の
電子放出部およびその近傍に堆積し、素子電流If、放
出電流Ieが、著しく変化し、より良好な電子放出特性
を得ることができる。
[0010] The activation step can be performed by applying a voltage to the element in an atmosphere containing an organic substance, similarly to the forming process. By this treatment, carbon or a carbon compound is deposited from the organic substance present in the atmosphere at the electron emission portion of the device and in the vicinity thereof, and the device current If and the emission current Ie are remarkably changed. Obtainable.

【0011】図18は、特開平7−235255号公報
に開示された電子放出素子の断面形状を示したものであ
る。同図において1、4、5は図17と同様であり、そ
れぞれ、絶縁性基板、導電性薄膜、電子放出部である。
2、3は導電性薄膜4に電圧を印加する為の素子電極で
あり、2を低電位側電極、3を高電位側電極として電圧
を印加している。電子放出部5には、上記活性化工程を
行うことで、炭素あるいは炭素化合物6が堆積している
構造が示され、良好な電子放出特性を実現している。
FIG. 18 shows a cross-sectional shape of the electron-emitting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-235255. In this figure, 1, 4 and 5 are the same as those in FIG. 17, and represent an insulating substrate, a conductive thin film, and an electron-emitting portion, respectively.
Reference numerals 2 and 3 denote device electrodes for applying a voltage to the conductive thin film 4, and a voltage is applied by using 2 as a low potential side electrode and 3 as a high potential side electrode. The electron emitting portion 5 has a structure in which carbon or the carbon compound 6 is deposited by performing the above-described activation step, and realizes good electron emission characteristics.

【0012】以上のような電子放出素子を複数個形成し
た電子源基板を用い、蛍光体等からなる画像形成部材と
組み合わせることで画像形成装置を構成できる。
An image forming apparatus can be constructed by using an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices as described above are formed and combining it with an image forming member made of a phosphor or the like.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
情報の高度化に伴うマルチメディア化の急激な進展によ
り、ディスプレイ等の画像形成装置に対して、更に高い
性能が求められてきている。すなわち、表示装置の大画
面化、省電力化、高精細化、高画質化、省スペース化等
である。
However, with the rapid progress of multimedia with the advancement of information in recent years, higher performance is required for image forming apparatuses such as displays. That is, the screen size of the display device is increased, the power consumption is reduced, the definition is increased, the image quality is increased, and the space is saved.

【0014】したがって、前述の電子放出素子において
は、電子放出素子を適用した画像形成装置が明るい表示
画像を安定して提供できるよう、より高い効率で安定し
た電子放出特性を更に長時間保持し続けられる技術が望
まれている。
Therefore, in the above-mentioned electron-emitting device, the image forming apparatus to which the electron-emitting device is applied keeps a stable and high-emission characteristic for a longer period of time so that a bright display image can be stably provided. Technology is desired.

【0015】ここで効率とは、表面伝導型電子放出素子
の一対の対向する素子電極間に電圧を印加したとき、流
れる電流(以下、素子電流Ifと呼ぶ)に対する真空中
に放出される電流(以下、放出電流Ieと呼ぶ)との電
流比をさす。
Here, the efficiency refers to a current (hereinafter, referred to as an element current If) flowing in a vacuum when a voltage is applied between a pair of opposing element electrodes of the surface conduction electron-emitting element. (Hereinafter referred to as emission current Ie).

【0016】つまり、素子電流Ifはできるだけ小さ
く、放出電流Ieはできるだけ大きいことが望ましい。
That is, it is desirable that the device current If be as small as possible and the emission current Ie be as large as possible.

【0017】高効率な電子放出特性を長時間にわたり安
定的に制御することができれば、例えば蛍光体を画像形
成部材とする画像形成装置においては、低電力で明るい
高品位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実現で
きる。
If high-efficiency electron emission characteristics can be stably controlled over a long period of time, for example, in an image forming apparatus using a phosphor as an image forming member, a low-power, bright, high-quality image forming apparatus such as a flat TV can be realized.

【0018】しかしながら、上述のM.ハートウエルの
電子放出素子にあっては、安定な電子放出特性及び電子
放出効率について、必ずしも満足のゆくものが得られて
おらず、これを用いて高輝度で動作安定性に優れた画像
形成装置を提供するのは極めて難しいというのが実状で
ある。
However, the above-mentioned M.P. In the case of Hartwell's electron-emitting devices, satisfactory electron-emitting characteristics and electron-emitting efficiencies have not always been obtained. The fact is that it is extremely difficult to provide

【0019】すなわち、このような応用に用いるために
は、実用的な電圧(たとえば10Vないし20V)で十
分な放出電流Ieが得られること、放出電流Ieおよび
素子電流Ifが駆動中に大きく変動しないこと、長時間
にわたり放出電流Ieおよび素子電流Ifが劣化しない
こと、が必要であるが、従来の表面伝導型電子放出素子
には以下のような問題点があった。
In other words, for use in such applications, a sufficient emission current Ie can be obtained at a practical voltage (for example, 10 V to 20 V), and the emission current Ie and the device current If do not fluctuate significantly during driving. It is necessary that the emission current Ie and the device current If do not deteriorate for a long time. However, the conventional surface conduction electron-emitting device has the following problems.

【0020】図17に示したように、表面伝導型電子放
出素子は、電圧印加方向にほぼ直行する線状の電子放出
部5を有している。
As shown in FIG. 17, the surface conduction electron-emitting device has a linear electron-emitting portion 5 substantially perpendicular to the voltage application direction.

【0021】電子放出部5は前述のようにフォーミング
により導電性薄膜に形成される間隙部により構成される
が、必ずしも図17に示したような全域にわたって間隙
部が一様な幅、形状で形成されるとは限らない。この様
な不均一な電子放出部形態の場合、十分な放出電流Ie
が得られなかったり、駆動中の特性の変動や劣化が著し
くなる場合がある。
The electron emitting portion 5 is constituted by a gap formed in the conductive thin film by forming as described above, but the gap is not necessarily formed with a uniform width and shape over the entire area as shown in FIG. Not always. In the case of such a non-uniform electron emission portion configuration, a sufficient emission current Ie
May not be obtained, or the characteristics may fluctuate or deteriorate significantly during driving.

【0022】一方、前述の活性化工程によれば、炭素あ
るいは炭素化合物等からなる炭素を有する膜が導電性薄
膜に形成された間隙部内の基板上およびその近傍の導電
性薄膜上に堆積してより狭い間隙部が形成される(図1
8)。この活性化工程により、放出電流Ieおよび素子
電流Ifが増大するが、電子放出効率、寿命等の素子特
性は、活性化工程によって堆積した炭素あるいは炭素化
合物からなる炭素を有する膜の形状、構造、安定性等に
よって左右される。
On the other hand, according to the above-described activation step, a film having carbon, such as carbon or a carbon compound, is deposited on the substrate in the gap formed in the conductive thin film and on the conductive thin film in the vicinity thereof. A narrower gap is formed (FIG. 1).
8). The activation step increases the emission current Ie and the device current If. However, the device characteristics such as the electron emission efficiency and lifetime depend on the shape, structure, and structure of the carbon-containing film deposited by the activation step. It depends on the stability.

【0023】特に、堆積物に形成された前述の狭い間隙
部には高電界が印加されるため、この間隙部をはさんだ
堆積物間での電子が放出される際の挙動や、放電と見ら
れる現象を抑制する事が安定性にとって重要である。本
発明は、上記した課題を解決するものであり、その主た
る目的としては、電子放出素子の電子放出効率を高める
こと、また電子放出特性を安定させることにある。
In particular, since a high electric field is applied to the above-mentioned narrow gap formed in the deposit, the behavior when electrons are emitted between the deposits sandwiching this gap, and the behavior when discharging is regarded as discharge. It is important for stability to control the phenomenon that occurs. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its main objects to increase the electron emission efficiency of an electron-emitting device and to stabilize the electron emission characteristics.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは上
記問題点を鑑みて検討した結果、基体表面上に配した一
対の電極と、前記一対の電極とそれぞれ接続すると共
に、第一の間隙部により隔てられた一対の炭素を有する
膜とを有し、前記炭素を有する膜の導電率が、前記第一
の間隙部に向かって高くなることを特徴とする電子放出
素子を用いることにより電子放出効率が高く、電子放出
特性が長時間安定な電子放出素子を提供するものであ
る。
In view of the above problems, the present inventors have studied and found that a pair of electrodes disposed on the surface of a substrate are connected to the pair of electrodes, respectively. A film having a pair of carbons separated by a gap, and using the electron-emitting device, wherein the conductivity of the film having the carbon increases toward the first gap. An object of the present invention is to provide an electron-emitting device having high electron emission efficiency and stable electron emission characteristics for a long time.

【0025】また、上記本発明は、さらにその特徴とし
て、前記一対の炭素を有する膜は、前記一対の電極間に
配置された導電性薄膜を介して前記電極に電気的に接続
することであり、前記導電性薄膜は前記一対の電極間に
第二の間隙部を有すると共に、前記第二の間隙部内に前
記一対の炭素を有する膜の第一の間隙部が配置されるこ
とが好適であり、前記一対の炭素を有する膜の第一の間
隙部は、前記基体表面に対して垂直方向におけるその最
も狭い部位が、該一対の炭素を有する膜の基体表面から
離れた端部に位置することが好適であり、前記基体は、
前記第一の間隙部に凹部を有し、前記凹部表面に炭素を
有することが好適であり、前記基体表面に対して垂直方
向において、前記第一の間隙部の最も狭い箇所を結ぶ延
長線に存在する前記一対の炭素を有する膜の厚みが、1
00nm以下であることが好適であり、前記一対の炭素
を有する膜中の炭素が、グラファイト状炭素であること
が好適であり、 前記導電性薄膜が、Pd微粒子膜から
なることが好適である。
The present invention is further characterized in that the film having a pair of carbons is electrically connected to the electrodes via a conductive thin film disposed between the pair of electrodes. Preferably, the conductive thin film has a second gap between the pair of electrodes, and a first gap of the film having the pair of carbons is arranged in the second gap. In the first gap portion of the film having a pair of carbons, the narrowest portion in a direction perpendicular to the surface of the substrate is located at an end of the film having the pair of carbons away from the substrate surface. Is preferable, and the substrate is
It is preferable that the first gap portion has a concave portion, and that the concave portion surface has carbon, and that an extension line connecting the narrowest portion of the first gap portion in a direction perpendicular to the substrate surface. The thickness of the existing film having a pair of carbons is 1
The thickness is preferably not more than 00 nm, the carbon in the film having a pair of carbons is preferably graphite-like carbon, and the conductive thin film is preferably a Pd fine particle film.

【0026】また、本発明は、さらにその特徴として、
上記記載の電子放出素子を基体上に複数配列形成し、入
力信号に応じて前記電子放出素子の少なくとも1つより
電子を放出することを特徴とする電子源であり、さらに
は、この電子源と、該電子源から放出された電子を照射
することで画像を形成する画像形成部材と、を有するこ
とを特徴とする画像形成装置である。
The present invention further has the following features.
An electron source, wherein a plurality of the above-described electron-emitting devices are formed on a substrate, and electrons are emitted from at least one of the electron-emitting devices in response to an input signal. And an image forming member that forms an image by irradiating electrons emitted from the electron source.

【0027】また、電子放出素子の製造方法にあって
は、有機物質を含有する雰囲気下で間隙部を有する一対
の導電性薄膜の間に電圧を印加し雰囲気中に存在する有
機物質から炭素を有する膜を前記間隙部の周囲に形成さ
せて該間隙部の活性化処理を行う電子放出素子の製造方
法において前記間隙部を極部的に加熱しながら前記活性
化処理を行うことを特徴とする。
In the method of manufacturing an electron-emitting device, a voltage is applied between a pair of conductive thin films having a gap in an atmosphere containing an organic substance to remove carbon from the organic substance present in the atmosphere. In a method of manufacturing an electron-emitting device in which a film having an active layer is formed around the gap and the gap is activated, the activation is performed while the gap is extremely heated. .

【0028】前記間隙部の極部的な加熱は、炭素を有す
る膜の形成初期段階では行われず、炭素を有する膜の形
成途中から後にかけて行われることが好適であり、 前
記間隙部の極部的な加熱は、レーザ光の照射により行う
ことが好適である。
It is preferable that the extreme heating of the gap is not performed in the initial stage of the formation of the carbon-containing film, but is performed during the formation of the carbon-containing film and thereafter. Suitable heating is preferably performed by laser light irradiation.

【0029】このように構成された本発明の電子放出素
子によれば、炭素を有する膜の導電率が第一の間隙部に
向かって高くなることから、電子放出部付近の電位分布
変化が少なくなる。このためその間隙部を境にして、電
子放出素子の駆動時に、より高い電圧が印加される側の
炭素を有する膜または導電性薄膜あるいは素子電極に落
下し吸収され素子電流(If)の一部となる電子の量が
減少する一方で、アノード電極へ到達する電子の量(放
出電流Ie)が増える。
According to the electron-emitting device of the present invention thus configured, since the conductivity of the carbon-containing film increases toward the first gap, the potential distribution change near the electron-emitting portion is small. Become. Therefore, when the electron-emitting device is driven with the gap as a boundary, the electron-emitting device falls on a carbon-containing film or conductive thin film or a device electrode on the side to which a higher voltage is applied and is absorbed and is partially absorbed by the device current (If) Decreases, while the amount of electrons reaching the anode electrode (emission current Ie) increases.

【0030】さらに、第一の間隙部内に露出した基板が
凹部を有する場合には、その凹部の深さに依存して、間
隙部を挟んで対向した炭素を有する膜間の沿面距離が増
える。これにより、間隙部を挟んで対向した炭素を有す
る膜間(間隙部)にかかる強電界に起因するとみられる
放電現象や、素子電流Ifが抑制される。
Further, when the substrate exposed in the first gap has a recess, the creeping distance between the films having carbon opposed to each other with the gap therebetween increases depending on the depth of the recess. This suppresses a discharge phenomenon and an element current If, which are considered to be caused by a strong electric field between the films having carbon opposed to each other with the gap therebetween (gap).

【0031】さらには、上記間隙部間に露出した基板表
面(絶縁性)は、放出された電子の照射を受けると推測
されるが、前記凹部に炭素を有することで、この電子が
照射されることに起因する帯電現象が抑えられ、その結
果、帯電現象によると見られる素子特性の変動や劣化も
抑制され、上記した放電現象がいっそう抑制される。
Further, it is assumed that the substrate surface (insulating) exposed between the gaps is irradiated with the emitted electrons, but the electrons are irradiated by having carbon in the concave portions. This suppresses the charging phenomenon caused by such a phenomenon, and as a result, the fluctuation and deterioration of the element characteristics, which are considered to be caused by the charging phenomenon, are also suppressed, and the above-described discharge phenomenon is further suppressed.

【0032】また、電子放出素子の製造方法により、炭
素を有する膜の導電率が第一の間隙部に向かって高くな
る電子放出素子を得ることが可能となり、高効率で安定
性の高い電子放出素子が得られる。
Further, according to the method for manufacturing an electron-emitting device, it is possible to obtain an electron-emitting device in which the conductivity of a film having carbon increases toward the first gap, and the electron emission device has high efficiency and high stability. An element is obtained.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施形
態様について述べる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below.

【0034】まず、本発明にかかわる電子放出素子の基
本的な構成について説明する。
First, the basic structure of the electron-emitting device according to the present invention will be described.

【0035】図1の(a)、(b)は、それぞれ、本発
明にかかわる基本的な平面型の電子放出素子の構成を示
す平面図および断面図である。図2の(a)、(b)、
(c)は、それぞれ、本発明にかかわる表面伝導型電子
放出素子の電子放出部近傍の構造を拡大して模式的に示
す平面図、断面図および炭素を有する膜の導電率分布を
示す模式図である。図1、図2を用いて、本発明に係る
素子の基本的な構成を説明する。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) are a plan view and a sectional view, respectively, showing the structure of a basic planar electron-emitting device according to the present invention. 2 (a), (b),
(C) is a plan view, a cross-sectional view, and a schematic diagram showing a conductivity distribution of a film having carbon, respectively, in which the structure in the vicinity of the electron emission portion of the surface conduction electron-emitting device according to the present invention is enlarged and schematically shown. It is. The basic structure of the device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0036】図1において1は基体としての基板、2と
3は一対の電極としての素子電極、4は導電性薄膜、5
は電子放出部である。
In FIG. 1, 1 is a substrate as a base, 2 and 3 are device electrodes as a pair of electrodes, 4 is a conductive thin film,
Denotes an electron emission portion.

【0037】図2(a)、(b)において、1は基板、
4は導電性薄膜、5は電子放出部、21、22は導電性
薄膜に形成された間隙部(第二の間隙部)内の基板1上
及び導電性薄膜4上に堆積した炭素を有する堆積物
(膜:一対の炭素を有する膜)であり、23は炭素原子
を有する基板変質部(凹部)である。なお、堆積物は間
隙部8(第一の間隙部)を境にして、基板表面に対して
横方向(基板表面に平行)に対向し、左右の堆積物2
1、22に分割されて模式的に示されているが、一部で
つながっている場合もある。堆積物21は素子電極2の
側の導電性薄膜4上にも堆積しており、又、堆積物22
は素子電極3の側の導電性薄膜上にも堆積している。図
2(c)は、図2(a)中の間隙部を横切る方向(F−
F'で示した部分)の炭素を有する膜の導電率分布を模
式的に示しており、導電率が間隙部8に向って高くなっ
ていることが本発明の特徴として挙げられる。
2A and 2B, reference numeral 1 denotes a substrate;
4 is a conductive thin film, 5 is an electron emitting portion, 21 and 22 are deposits having carbon deposited on the substrate 1 and the conductive thin film 4 in a gap (second gap) formed in the conductive thin film. (Film: film having a pair of carbon), and reference numeral 23 denotes a substrate altered portion (recess) having carbon atoms. Note that the deposits are opposed to the substrate surface in the lateral direction (parallel to the substrate surface) with the gaps 8 (first gaps) as boundaries, and
Although they are schematically shown as being divided into 1 and 22, they may be partially connected. The deposit 21 is also deposited on the conductive thin film 4 on the side of the element electrode 2 and the deposit 22
Are also deposited on the conductive thin film on the element electrode 3 side. FIG. 2C shows a direction (F-A) crossing the gap in FIG.
5 schematically shows the conductivity distribution of a film having carbon (portion indicated by F ′), and the feature of the present invention is that the conductivity increases toward the gap 8.

【0038】以上の構成により、堆積物(21、22)
は素子電極(2、3)と電気的に接続される。尚、図面
上は、炭素を有する膜である堆積物(21、22)は、
導電性薄膜を介して素子電極(2、3)と接続されてい
るが、堆積物(21、22)がそれぞれ、素子電極
(2、3)上まで堆積し、直接電気的に接続される場合
もある。
With the above arrangement, the deposits (21, 22)
Are electrically connected to the device electrodes (2, 3). In the drawings, the deposits (21, 22) which are films containing carbon are:
When connected to the device electrodes (2, 3) via the conductive thin film, the deposits (21, 22) are respectively deposited on the device electrodes (2, 3) and are directly electrically connected. There is also.

【0039】基板1としては、石英ガラス、青板ガラ
ス、青板ガラス等にスパッタ法等により形成したSiO
2 を積層したガラス基板およびアルミナ等のセラミック
ス等が挙げられる。これら基板には、SiO2 を含んだ
材料が望ましく、後述する活性化工程でより本発明に適
した基板変質部23を持った、電子放出部5を形成する
ことが可能となる。
The substrate 1 is made of quartz glass, blue plate glass, blue plate glass, or the like formed by sputtering or the like.
And a ceramic substrate such as alumina. These substrates are desirably made of a material containing SiO2, so that an electron emitting portion 5 having a substrate altered portion 23 more suitable for the present invention can be formed in an activation step described later.

【0040】対向する素子電極2、3の材料としては導
電性を有するものであればどのようなものであっても構
わないが、例えばNi、Cr、Au、Mo、W、Pt、
Ti、Al、Cu、Pd等の金属或は合金およびPd、
Ag、Au、RuO2、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の印刷導体、ln2 O3
−SnO2 等の透明導電体およびポリシリコン等の半導
体導体材料等が挙げられる。
The material of the opposing device electrodes 2 and 3 may be any material as long as it has conductivity. For example, Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt,
Metals or alloys such as Ti, Al, Cu, Pd and Pd;
A printed conductor made of a metal such as Ag, Au, RuO2, Pd-Ag or a metal oxide and glass; ln2 O3
A transparent conductor such as -SnO2 and a semiconductor conductor material such as polysilicon.

【0041】素子電極間隔L、素子電極の長さW、およ
びその形状は、電子放出素子の応用形態等によって適宜
設計され、例えば、後述するテレビジョン等の表示装置
では、画面サイズに対応した画素サイズが設計され、と
りわけ、高品位テレビでは画素サイズが小さく高精細さ
が要求される。そのため、電子放出素子のサイズが限定
されたなかで十分な輝度を得るためには、十分な放出電
流が得られるように設計される。
The distance L between the device electrodes, the length W of the device electrode, and the shape thereof are appropriately designed depending on the application form of the electron-emitting device. For example, in a display device such as a television described later, a pixel corresponding to the screen size is used. The size is designed. In particular, a high-definition television requires a small pixel size and high definition. Therefore, in order to obtain a sufficient luminance even when the size of the electron-emitting device is limited, it is designed so that a sufficient emission current is obtained.

【0042】素子電極間隔Lは、数十nmより数百μm
あり、素子電極の製法の基本となるフォトリソグラフィ
ー技術、即ち、露光機の性能とエッチング方法等、およ
び、素子電極間に印加する電圧により設定されるが、好
ましくは、数μmより数十μmである。
The distance L between the device electrodes is several tens nm to several hundred μm.
Yes, the photolithography technology that is the basis of the device electrode manufacturing method, i.e., the performance of the exposure device and the etching method, etc., and is set by the voltage applied between the device electrodes, preferably, from several μm to several tens μm is there.

【0043】素子電極の長さW、および、素子電極2、
3の膜厚dは、電極の抵抗値、前述したX、Y配線との
結線、多数配置された電子源の配置上の問題より適宜設
計され、通常は、素子電極の長さWは、数μmから数百
μmであり、素子電極2、3の膜厚dは、数nmより数
μmである。
The length W of the device electrode and the device electrode 2,
The film thickness d of 3 is appropriately designed in consideration of the resistance value of the electrode, the connection with the X and Y wirings described above, and the arrangement of a large number of electron sources. μm to several hundred μm, and the film thickness d of the device electrodes 2 and 3 is several μm to several μm.

【0044】尚、図1に示した構成だけでなく、基板1
上に、導電性薄膜4、対向する素子電極2、3の順に積
層した構成とすることもできる。
In addition to the structure shown in FIG.
A configuration in which the conductive thin film 4 and the opposing device electrodes 2 and 3 are laminated on the above in this order can also be adopted.

【0045】導電性薄膜4には、良好な電子放出特性を
得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが
好ましい。その膜厚は、素子電極2、3へのステップカ
バレージ、素子電極2、3間の抵抗値および後述するフ
ォーミング条件等を考慮して適宜設定される。
As the conductive thin film 4, a fine particle film composed of fine particles is preferably used in order to obtain good electron emission characteristics. The film thickness is appropriately set in consideration of the step coverage for the device electrodes 2 and 3, the resistance value between the device electrodes 2 and 3, a forming condition described later, and the like.

【0046】また、素子電流Ifおよび放出電流Ieの
大きさは、導電性薄膜4の幅Wに依存するので、上記素
子電極の形状と同様に、電子放出素子のサイズが限定さ
れたなかで十分な放出電流が得られるように設計され
る。
Further, since the magnitudes of the device current If and the emission current Ie depend on the width W of the conductive thin film 4, as in the case of the shape of the device electrode, it is sufficient when the size of the electron emission device is limited. It is designed to obtain an emission current.

【0047】一般に、導電性薄膜4の熱的安定性は電子
放出特性の寿命を支配する場合があり、導電性薄膜4の
材料としてより高融点な材料を用いるのが望ましい。し
かしながら、通常、導電性薄膜4の融点が高いほど後述
する通電フォーミングのためにより大きな電力が必要と
なる。
In general, the thermal stability of the conductive thin film 4 may dominate the life of the electron emission characteristics, and it is desirable to use a material having a higher melting point as the material of the conductive thin film 4. However, usually, as the melting point of the conductive thin film 4 is higher, larger electric power is required for energization forming described later.

【0048】さらに、その結果得られる電子放出部の形
態によって、電子放出し得る印加電圧(しきい値電圧)
が上昇する等、電子放出特性に問題が生じる場合があ
る。
Further, an applied voltage (threshold voltage) at which electrons can be emitted depends on the shape of the resulting electron emitting portion.
In some cases, a problem occurs in the electron emission characteristics such as an increase in

【0049】本発明においては、導電性薄膜4の材料と
して特に高融点のものを必要とはせず、比較的低いフォ
ーミング電力で良好な電子放出部が形成可能な材料・形
態のものを選ぶことができる。
In the present invention, the material of the conductive thin film 4 is not particularly required to be a material having a high melting point, and a material / form capable of forming a good electron emission portion with a relatively low forming power is selected. Can be.

【0050】上記条件を満たす材料の例として、Ni、
Au、PdO、Pd、Pt等の導電材料をRs(シート
抵抗)が102から107Ω/□の抵抗値を示す膜厚で
形成したものが好ましく用いられる。なおRsは、厚さ
がt、幅がwで長さがlの薄膜の長さ方向に測定した抵
抗Rを、R=Rs(l/w)とおいたときに現われる値
で、抵抗率をρとすれば、Rs=ρ/tである。上記抵
抗値を示す膜厚はおよそ5nmから50nmの範囲にあ
り、この膜厚範囲において、それぞれの材料の薄膜は微
粒子膜の形態を有している。
Examples of materials satisfying the above conditions include Ni,
It is preferable to use a conductive material such as Au, PdO, Pd, or Pt formed with a film thickness having a resistance value of Rs (sheet resistance) of 102 to 107 Ω / □. Rs is a value that appears when a resistance R measured in the length direction of a thin film having a thickness t, a width w, and a length 1 is R = Rs (l / w). Then, Rs = ρ / t. The film thickness showing the above-mentioned resistance value is in the range of about 5 nm to 50 nm, and in this film thickness range, the thin film of each material has the form of a fine particle film.

【0051】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に
分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるい
は重なり合った状態(いくつかの微粒子が集合し、全体
として島状構造を形成している場合も含む)をとってい
る。
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 individually dispersed and arranged or in a state in which the fine particles are adjacent to each other or overlap each other (some fine particles are formed). To form an island-like structure as a whole).

【0052】微粒子の粒径は、数百pmから数百nmの
範囲、好ましくは、1nmから20nmの範囲である。
The particle diameter of the fine particles is in the range of several hundred pm to several hundred nm, preferably in the range of 1 nm to 20 nm.

【0053】さて、前に例示した材料のなかでも、Pd
Oは、有機Pd化合物の大気中焼成により容易に薄膜形
成できること、半導体であるため比較的電気伝導度が低
く上記範囲の抵抗値Rsを得るための膜厚のプロセスマ
ージンが広いこと、導電性薄膜に間隙部を形成した後等
に、容易に還元して金属Pdとすることができるので膜
抵抗を低減し得ること、等から好適な材料である。しか
しながら、本発明の効果はPdOに限られることなく、
また、上記例示した材料に限られるものではない。
Now, among the materials exemplified above, Pd
O can be easily formed into a thin film by baking an organic Pd compound in the air, has a relatively low electric conductivity because it is a semiconductor, has a wide process margin of film thickness for obtaining the resistance value Rs in the above range, and has a conductive thin film. This is a preferable material because it can be easily reduced to metal Pd after forming a gap portion in, for example, and the film resistance can be reduced. However, the effect of the present invention is not limited to PdO,
Further, the material is not limited to the above-mentioned materials.

【0054】電子放出部5は、導電性薄膜4の幅W′に
よってほぼその長さが決まる。
The length of the electron emitting portion 5 is substantially determined by the width W ′ of the conductive thin film 4.

【0055】電子放出部5は、後述する活性化工程を経
ることにより、図2に示すように導電性薄膜に形成され
た第二の間隙部よりも狭い第一の間隙部8を境に対向し
た炭素を有する膜21、22、炭素原子を有する基板凹
部23で構成される。
The electron emitting portion 5 faces the first gap 8 narrower than the second gap formed in the conductive thin film as shown in FIG. Composed of films 21 and 22 having carbon and substrate concave portions 23 having carbon atoms.

【0056】なお、炭素を有する膜21、22は、主に
グラファイト状の炭素から成るが、導電性薄膜4を構成
する元素を含有することがある。本発明における炭素を
主成分とした堆積物21、22の形状は、図2に示すよ
うに、それぞれの導電性薄膜4表面からの高さH1と、
駆動時により高い電圧が印加される高電位側の堆積物2
2の厚さD1によって特徴付けられる、また、堆積物の
間隙部8は基板表面および導電性薄膜表面よりも上方に
より狭い部位を持つ事によっても特徴付けられる。
The films 21 and 22 containing carbon are mainly made of graphite-like carbon, but may contain elements constituting the conductive thin film 4. As shown in FIG. 2, the shapes of the deposits 21 and 22 containing carbon as a main component in the present invention have a height H1 from the surface of each conductive thin film 4 and
High potential side deposit 2 to which higher voltage is applied during driving
2, and the gap 8 of the deposit is characterized by having a narrower portion above the surface of the substrate and the surface of the conductive thin film.

【0057】厳密には、高さH1は、堆積物21と22
の間に堆積物22が側が高電位となるように電位差を与
えた時に、最も電界が強くなる箇所(点Aと点B)の導
電性薄膜4表面からの高さで定義し、D1は、点Aと点
Bを結ぶ延長線で堆積物22を切った際に、そこに存在
する堆積物の厚み(長さ)で定義する。なお、広義に
は、上記最も電界が強くなる位置(点Aと点B)は、堆
積物21と22が最も接近した(間隙部8の最も狭い)
位置となる。
Strictly speaking, the height H1 depends on the deposits 21 and 22.
When the potential difference is applied so that the side of the deposit 22 has a high potential during the period, the position where the electric field is strongest (points A and B) is defined by the height from the surface of the conductive thin film 4, and D1 is When the deposit 22 is cut along an extension line connecting the point A and the point B, the thickness is defined by the thickness (length) of the deposit existing there. In a broad sense, the positions where the electric field is strongest (points A and B) are where the deposits 21 and 22 are closest (the gap 8 is the narrowest).
Position.

【0058】本発明の電子放出素子を詳しく説明するた
めに、始めに、図3をもちいて、測定評価装置について
説明する。
In order to describe the electron-emitting device of the present invention in detail, first, a measurement and evaluation device will be described with reference to FIG.

【0059】図3は、図1で示した構成を有する素子の
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
図である。図3において、1は基体、2および3は素子
電極、4は導電性薄膜、5は電子放出部である。また、
31は素子に素子電圧Vfを印加するための電源、30
は素子電極2、3間の導電性薄膜4を流れる素子電流I
fを測定するための電流計、34は素子の電子放出部よ
り放出される放出電流Ieを捕捉するためのアノード電
極、33はアノード電極34に電圧を印加するための高
圧電源、32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。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a measurement evaluation apparatus for measuring the electron emission characteristics of the device having the configuration shown in FIG. In FIG. 3, 1 is a base, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive thin film, and 5 is an electron emitting portion. Also,
31 is a power supply for applying the element voltage Vf to the element, 30
Is a device current I flowing through the conductive thin film 4 between the device electrodes 2 and 3.
f, an ammeter for measuring f, an anode electrode for capturing an emission current Ie emitted from the electron-emitting portion of the device, a high-voltage power supply for applying a voltage to the anode electrode, and a reference numeral 32 for the device. This is an ammeter for measuring the emission current Ie emitted from the electron emission section 5.

【0060】電流放出素子の上記素子電流If、放出電
流Ieの測定にあたっては、素子電極2、3に電源31
と電流計30とを接続し、該電子放出素子の上方に電源
33と電流計32とを接続したアノード電極34を配置
している。また、電子放出素子およびアノード電極34
は真空装置内に設置されている。
In measuring the device current If and the emission current Ie of the current emitting device, the power source 31 is connected to the device electrodes 2 and 3.
And an ammeter 30, and an anode 34 connected to a power supply 33 and an ammeter 32 is disposed above the electron-emitting device. Further, the electron-emitting device and the anode electrode 34
Is installed in a vacuum device.

【0061】図3において、素子電極2、3間に、素子
電極3が高電位になるように電圧を印加すると、導電性
薄膜4を通じて、図2に示した堆積物21と堆積物22
との間に印加された電圧に応じて電位差が生じる。この
とき、堆積物21上の点Aと堆積物22上の点Bを中心
に強い電界が発生する。この電界が、堆積物21から堆
積物22への電子のトンネリングが十分可能な程大きい
場合、堆積物21上の点Aの近傍から堆積物22上の点
Bの近傍に向かって電子がトンネルすると考えられる。
In FIG. 3, when a voltage is applied between the device electrodes 2 and 3 so that the device electrode 3 has a high potential, the deposits 21 and 22 shown in FIG.
And a potential difference is generated according to the voltage applied between them. At this time, a strong electric field is generated around the point A on the deposit 21 and the point B on the deposit 22. If this electric field is large enough to allow tunneling of electrons from the deposit 21 to the deposit 22, the electrons tunnel from the vicinity of the point A on the deposit 21 to the vicinity of the point B on the deposit 22. Conceivable.

【0062】ここで点Aの近傍からトンネリングした電
子は、堆積物22の点Bの近傍で一部散乱され、残りの
部分は堆積物22中に進入すると考えられる。ここで、
堆積物22の点Bの近傍で一部散乱された電子には、再
度堆積物22ないし導電性薄膜4に進入して素子電流I
fの一部になるものと、真空中を飛行してアノード電極
34に捕捉され、放出電流Ieとして観測されるものと
があると推測される。従って、本発明の電子放出素子で
は、最も電界が強くなる位置と考えられる、間隙部8が
最も狭くなった位置が、素子電極3につながる導電性薄
膜4表面より高い位置にあるため、散乱された後導電性
薄膜4に進入して素子電流Ifの一部になる電子の割合
が減少すると考えられ、その結果、放出電流Ieの割合
が増加し、電子放出効率が向上する。また本発明では、
炭素を有する膜の導電率が間隙部に向って高いことも特
徴としており、このため近傍の電位分布の変化が小さ
い。すなわち素子電極3に向っての電位上昇が緩やかな
ため散乱後の電子が基板側の方向へ受ける力が低減し、
このことによっても更に、散乱された後導電性薄膜4に
進入して素子電流Ifの一部になる電子の割合が減少す
ると考えられ、その結果、放出電流Ieの割合が増加
し、電子放出効率が向上する。
Here, it is considered that the electrons tunneled from the vicinity of the point A are partially scattered in the vicinity of the point B of the deposit 22, and the remaining part enters the deposit 22. here,
The electrons partially scattered in the vicinity of the point B of the deposit 22 enter the deposit 22 or the conductive thin film 4 again, and the element current I
It is presumed that there are some that become a part of f and those that fly in vacuum and are captured by the anode electrode 34 and observed as the emission current Ie. Therefore, in the electron-emitting device of the present invention, since the position where the electric field is considered to be the strongest and the position where the gap portion 8 is the narrowest is higher than the surface of the conductive thin film 4 connected to the device electrode 3, scattering is caused. After that, it is considered that the ratio of electrons that enter the conductive thin film 4 and become a part of the device current If decreases, and as a result, the ratio of the emission current Ie increases and the electron emission efficiency improves. In the present invention,
It is also characterized by the fact that the conductivity of the film containing carbon is higher toward the gap, and therefore, the change in the potential distribution in the vicinity is small. That is, since the potential rise toward the element electrode 3 is gradual, the force of the scattered electrons in the direction toward the substrate is reduced,
It is considered that this also further reduces the proportion of electrons that enter the conductive thin film 4 after being scattered and become a part of the device current If. As a result, the proportion of the emission current Ie increases, and the electron emission efficiency increases. Is improved.

【0063】一方、堆積物22に進入した電子はそのま
ま導電性薄膜4を通じて素子電極3へと流れて行き、電
流計30によって素子電流Ifとして観測されるが、本
発明においては、堆積物22の厚さD1が薄く形成され
ているために、進入した電子の一部が堆積物22を透過
して真空中に放出されると考えられる。
On the other hand, the electrons that have entered the deposit 22 flow directly to the device electrode 3 through the conductive thin film 4 and are observed by the ammeter 30 as a device current If. Since the thickness D1 is formed to be thin, it is considered that a part of the entered electrons is transmitted through the deposit 22 and released into the vacuum.

【0064】従って、本発明の電子放出素子の放出電流
Ieは、堆積物22で散乱された電子による放出電流と
堆積物22を透過した電子による放出電流からなると考
えられる。
Therefore, it is considered that the emission current Ie of the electron-emitting device of the present invention includes the emission current due to the electrons scattered by the deposit 22 and the emission current due to the electrons transmitted through the deposit 22.

【0065】堆積物22を透過する電子の透過率Te
は、以下の式で表わすことができる。
The transmittance Te of the electrons passing through the deposit 22
Can be represented by the following equation.

【0066】Te=exp(−D1/La) (1) ここで、Laは堆積物22中における電子の減衰長であ
る。
Te = exp (−D1 / La) (1) where La is the decay length of electrons in the deposit 22.

【0067】10eVから20eVのエネルギーの電子
の物質(金属)中の減衰長は、およそ3〜10原子層で
あることが知られている。従って、例えば、堆積物22
を構成する炭素のd002面間隔が0.38nmで、電
子の入射方向と炭素のc軸が一致する場合、電子の減衰
長は1〜4nm程度となる。
It is known that the attenuation length of an electron having energy of 10 eV to 20 eV in a substance (metal) is about 3 to 10 atomic layers. Thus, for example, the deposit 22
In the case where the carbon spacing d002 is 0.38 nm and the direction of incidence of electrons coincides with the c-axis of carbon, the decay length of electrons is about 1 to 4 nm.

【0068】堆積物22を透過する電子の透過率Teが
例えば0.1%となるのに必要な堆積物22の厚さD1
は、式(1)に、La=4nm、Te=0.001を代
入して、 D1=28nm となる。通常、堆積物22で散乱された電子による電流
は、素子電流Ifの0.1%程度であるため、上記D1
の値に設定することで全体の放出電流Ieはほぼ2倍に
達すると考えられる。
The thickness D1 of the deposit 22 necessary for the transmittance Te of the electrons passing through the deposit 22 to be, for example, 0.1%.
By substituting La = 4 nm and Te = 0.001 into equation (1), D1 = 28 nm. Normally, the current caused by the electrons scattered by the deposit 22 is about 0.1% of the element current If.
It is considered that the total emission current Ie almost doubles by setting the value to.

【0069】本発明において、上記D1の値程度以下に
設定されるのがより好ましいが、物質中の自由電子の密
度が小さい(半導体や絶縁体)場合、電子の減衰長が長
くなることが知られており、上記D1は、堆積物22を
構成するグラファイト状炭素の配向や面間隔、キャリア
濃度等によって異なるため、厳密にこの値に限られるも
のではなく、好ましくは、100nm以下である。
In the present invention, it is more preferable to set the value to about D1 or less, but it is known that when the density of free electrons in a substance is small (semiconductor or insulator), the decay length of electrons becomes long. D1 varies depending on the orientation of graphite-like carbon constituting the deposit 22, interplanar spacing, carrier concentration and the like, and is not strictly limited to this value, and is preferably 100 nm or less.

【0070】一方、堆積物22を透過した電子も、散乱
電子と同様に再度堆積物22ないし導電性薄膜4に進入
して素子電流Ifの一部になるものと、真空中を飛行し
てアノード電極34に捕捉され、放出電流Ieとして観
測されるものとがあると考えられる。
On the other hand, the electrons transmitted through the deposit 22 also enter the deposit 22 or the conductive thin film 4 again like the scattered electrons and become a part of the device current If. It is considered that there are some which are captured by the electrode 34 and observed as the emission current Ie.

【0071】本発明では、炭素を有する膜である堆積物
21、22の形状を、以上述べたように構成したため、
効率の良い、電子放出特性を得ることができる。
In the present invention, since the shapes of the deposits 21 and 22, which are films containing carbon, are configured as described above,
Efficient electron emission characteristics can be obtained.

【0072】上記電子放出素子の製造方法としては様々
な方法が考えられるが、その一例を図4に示す。
Various methods are conceivable as a method for manufacturing the above-mentioned electron-emitting device. One example is shown in FIG.

【0073】以下、順をおって製造方法の説明を図1、
図2および図4に基づいて説明する。
Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIGS.
A description will be given based on FIG. 2 and FIG.

【0074】1)基板1を洗剤、純水および有機溶剤に
より十分に洗浄後、素子電極材料を、真空蒸着法、スパ
ッタ法等により堆積後、フォトリソグラフィー技術によ
り素子電極2、3を形成する(図4(a))。
1) After sufficiently washing the substrate 1 with a detergent, pure water and an organic solvent, a device electrode material is deposited by a vacuum deposition method, a sputtering method or the like, and then the device electrodes 2, 3 are formed by a photolithography technique ( FIG. 4 (a).

【0075】2)基板1上に設けられた素子電極2と素
子電極3との間に、有機金属溶液を塗布して乾燥するこ
とにより、有機金属膜を形成する。なお、有機金属溶液
とは、前記Pd、Ni、Au、Pt等の金属を主元素と
する有機金属化合物の溶液である。この後、有機金属膜
を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパ
ターニングし、導電性薄膜4を形成する(図4
(b))。なお、ここでは、有機金属溶液の塗布法によ
り説明したが、これに限るものでなく、真空蒸着法、ス
パッタ法、CVD法、分散塗布法、ディッピング法、ス
ピンナー法、インクジェット法等によって形成される場
合もある。
2) An organic metal film is formed between the element electrodes 2 and 3 provided on the substrate 1 by applying and drying an organic metal solution. The organic metal solution is a solution of an organic metal compound containing a metal such as Pd, Ni, Au, or Pt as a main element. Thereafter, the organic metal film is heated and baked, and patterned by lift-off, etching, or the like to form a conductive thin film 4 (FIG. 4).
(B)). Note that, here, the description has been made with the application method of the organometallic solution, but the present invention is not limited thereto, and is formed by a vacuum evaporation method, a sputtering method, a CVD method, a dispersion coating method, a dipping method, a spinner method, an inkjet method, or the like. In some cases.

【0076】3)つづいて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を、素子電極2、3間に電圧を不図示の電源によ
りパルス状電圧あるいは、昇電圧の印加により行うと、
導電性薄膜4の一部に間隙部7が形成され間隙部7を挟
んで、基板表面に体して横方向に、導電性薄膜が対向配
置される(図4(c))。尚、間隙部7はその一部でつ
ながっている場合もある。
3) Subsequently, an energizing process called forming is performed by applying a pulse voltage or a rising voltage between the element electrodes 2 and 3 by using a power supply (not shown).
A gap 7 is formed in a part of the conductive thin film 4, and the conductive thin film is disposed to face the substrate surface in the lateral direction with the gap 7 interposed therebetween (FIG. 4C). The gap 7 may be partially connected.

【0077】フォーミング処理以降の電気的処理は、前
述した図3に示す測定評価装置内で行う。
The electrical processing after the forming processing is performed in the measurement and evaluation apparatus shown in FIG.

【0078】なお、図3に示した測定評価装置は真空装
置であるが、該真空装置には不図示の排気ポンプ及び真
空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望
の真空下で素子の測定評価を行えるようになっている。
なお、排気ポンプは、オイルを使用しない、磁気浮上タ
ーボポンプ、ドライポンプ等の高真空装置系と更に、イ
オンポンプからなる超高真空装置系からなる。また、本
測定装置には、不図示のガス導入装置が付設してあり、
所望の有機物質の蒸気を所望の圧力で真空装置内に導入
することができる。また、真空装置全体、及び電子放出
素子は、不図示のヒーターにより加熱できる。
Although the measurement and evaluation apparatus shown in FIG. 3 is a vacuum apparatus, the vacuum apparatus is provided with equipment necessary for a vacuum apparatus such as an exhaust pump (not shown) and a vacuum gauge. The device can be measured and evaluated below.
The exhaust pump includes a high-vacuum system such as a magnetic levitation turbo pump and a dry pump that does not use oil, and an ultra-high vacuum system including an ion pump. In addition, a gas introduction device (not shown) is attached to the measurement device,
The vapor of the desired organic substance can be introduced into the vacuum at the desired pressure. The entire vacuum device and the electron-emitting device can be heated by a heater (not shown).

【0079】フォーミング処理は、パルス波高値が定電
圧のパルスを印加する場合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場合とがある。まず、パル
ス波高値が定電圧のパルスを印加の場合の電圧波形を図
5の(a)に示す。
In the forming process, there are a case where a pulse having a constant pulse peak value is applied and a case where a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value. First, FIG. 5A shows a voltage waveform in a case where a pulse having a pulse peak value of a constant voltage is applied.

【0080】図5の(a)中、T1及びT2は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、T1を1μsec〜1
0msec、T2を10μsec〜100msecと
し、三角波の波高値(フォーミング時のピーク電圧)は
適宜選択する。
In FIG. 5A, T1 and T2 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform, and T1 is 1 μsec to 1 μs.
0 msec, T2 is set to 10 μsec to 100 msec, and the peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of forming) is appropriately selected.

【0081】次に、パルス波高値を増加させながら、電
圧パルスを印加する場合の電圧波形を、図5の(b)に
示す。
Next, FIG. 5B shows a voltage waveform when a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value.

【0082】図5の(b)中、T1及びT2は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、T1を1μsec〜1
0msec、T2を10μsec〜100msecと
し、三角波の波高値(フォーミング時のピーク電圧)
は、例えば0.1Vステップ程度ずつ、増加させる。
In FIG. 5B, T1 and T2 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform, and T1 is 1 μsec to 1 μs.
0 msec, T2 is 10 μsec to 100 msec, and the peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of forming)
Is increased by, for example, about 0.1 V steps.

【0083】なお、フォーミング処理の終了は、フォー
ミング用パルスの間に、導電性薄膜4を局所的に破壊、
変形しない程度の電圧例えば0.1V程度のパルス電圧
を挿入して素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば、
1MΩ以上の抵抗を示した時、フォーミングを終了とし
た。
Note that the forming process ends when the conductive thin film 4 is locally destroyed during the forming pulse.
A voltage that does not deform, for example, a pulse voltage of about 0.1 V is inserted, and the element current is measured to obtain a resistance value.
When the resistance was 1 MΩ or more, the forming was terminated.

【0084】以上説明した間隙部7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
もよく、その波高値及びパルス幅、パルス間隔等につい
ても上述の値に限ることなく、間隙部7が良好に形成さ
れるように、電子放出素子の抵抗値等にあわせて、適当
な値を選択する。
In forming the gap 7 described above, the forming process is performed by applying a triangular wave pulse between the electrodes of the element, but the waveform applied between the electrodes of the element is not limited to the triangular wave. A desired waveform such as a rectangular wave may be used, and the peak value, pulse width, pulse interval and the like are not limited to the above-mentioned values. Select an appropriate value according to the value.

【0085】4)次に、フォーミングが終了した素子に
活性化処理を施す。活性化処理は、図3に示した真空装
置内に有機物質のガスを導入し、有機物質を含有する雰
囲気下で、素子の電極間に電圧を印加することで行い、
この処理により、基板の変質を伴って、雰囲気中に存在
する有機物質から、炭素を有する膜が素子上に堆積し、
素子電流If、放出電流Ieが、著しく変化するように
なる。
4) Next, an activation process is performed on the element for which the forming has been completed. The activation treatment is performed by introducing a gas of an organic substance into the vacuum apparatus shown in FIG. 3 and applying a voltage between the electrodes of the element under an atmosphere containing the organic substance.
By this treatment, a film having carbon is deposited on the element from the organic substance existing in the atmosphere with the deterioration of the substrate,
The element current If and the emission current Ie change remarkably.

【0086】本発明においては、活性化処理によって堆
積する、炭素を有する膜の形状を図2に示した形状に、
制御良く形成する必要がある。堆積物である炭素を有す
る膜の形状は、素子に印加する電圧波形、導入する有機
物質の圧力、素子表面における拡散移動度、素子表面で
の平均滞在時間等によって左右される。また、真空装置
への導入のし易さ、活性化後の排気のし易さ等の取り扱
いの容易性も重要である。以上の観点から、種々の有機
物質を検討した結果、ニトリル化合物が有効であり、特
にトルニトリル(シアン化トルエン)、あるいはアクリ
ロニトリルを用いた場合、良好な制御性を有することが
わかった。これらの有機物質が好ましく用いられる理由
は厳密には理解できていないが、ニトリル基(−C≡
N)を介した素子表面への吸着状態が、上記の条件に適
合しているためと思われる。
In the present invention, the shape of the carbon-containing film deposited by the activation treatment is changed to the shape shown in FIG.
It must be formed with good control. The shape of the film containing carbon, which is a deposit, depends on the voltage waveform applied to the element, the pressure of the introduced organic substance, the diffusion mobility on the element surface, the average residence time on the element surface, and the like. It is also important to have easy handling such as easy introduction into a vacuum device and easy exhaustion after activation. From the above viewpoints, as a result of examining various organic substances, it was found that a nitrile compound was effective, and particularly when tolunitrile (toluene cyanide) or acrylonitrile was used, it had good controllability. Although the reason why these organic substances are preferably used is not strictly understood, a nitrile group (—C≡) is preferred.
This is probably because the state of adsorption to the element surface via N) conforms to the above conditions.

【0087】以下に、本発明の活性化処理における、炭
素を有する膜である堆積物の形成過程を、図6、図7を
用いて説明する。図6において、1は基板、2、3は素
子電極、4は導電性薄膜、7は導電性薄膜に形成された
第二の間隙部、21、22は炭素を有する膜である堆積
物、23は基板変質部(凹部)である。図7には本発明
に用いられる、活性化中の素子電極に対する電圧印加の
一例を示した。印加する最大電圧値(図7の一定電圧
値)は、10〜20Vの範囲で適宜選択する。尚、前記
一定電圧を活性化の最初から加えると放電を起こす可能
性があるため、図7に示す様に低電圧から一定電圧まで
昇圧する過程を持つ事が好ましい。更には、活性化の最
初の電圧値は、前記フォーミングで印加した最大電圧値
より大きい事が好ましい。
Hereinafter, a process of forming a deposit, which is a film containing carbon, in the activation process of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 6, 1 is a substrate, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive thin film, 7 is a second gap formed in the conductive thin film, 21 and 22 are deposits which are films containing carbon, 23 Denotes a deteriorated portion (concave portion) of the substrate. FIG. 7 shows an example of voltage application to the active device electrode used in the present invention. The maximum voltage value to be applied (the constant voltage value in FIG. 7) is appropriately selected in the range of 10 to 20V. Since the discharge may occur if the constant voltage is applied from the beginning of the activation, it is preferable to have a process of increasing the voltage from a low voltage to a constant voltage as shown in FIG. Further, it is preferable that the initial voltage value of the activation is larger than the maximum voltage value applied in the forming.

【0088】図6(a)は、活性化処理前の電子放出素
子の電子放出部近傍を模式的に示したものである。な
お、素子は、一度10-6Pa台の圧力に減圧し、その
後、有機物質のガスを導入した真空装置内に配置されて
いる(図3)。ここでは有機物質としてトルニトリルを
用いた場合を例に説明する。導入するトルニトリルの好
適な圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している
部材等によって若干影響されるが、1×10-5Pa〜1
×10-3Pa程度である。1×10-5Pa以下の圧力で
は、活性化の進行が著しく遅くなり、残留している他の
ガスの組成、分圧によっては活性化が十分に進行しない
場合もある。一方、1×10-3Pa以上の圧力では、活
性化の進行が著しく速くなり、所望の堆積物の形状を再
現良く形成することが難しくなる。好適な導入分圧の範
囲はその温度における有機物質の飽和蒸気圧によって異
なり、アクリロニトリルの場合は、1×10-1Pa〜1
×10-3Pa程度である。
FIG. 6A schematically shows the vicinity of the electron emission portion of the electron emission element before the activation process. The element was once reduced in pressure to the order of 10 @ -6 Pa, and then placed in a vacuum device into which a gas of an organic substance was introduced (FIG. 3). Here, a case where tolunitrile is used as an organic substance will be described as an example. The preferred pressure of tolunitrile to be introduced is slightly affected by the shape of the vacuum device, the members used in the vacuum device, etc.
About 10-3 Pa. At a pressure of 1 × 10 −5 Pa or less, the progress of the activation becomes extremely slow, and the activation may not proceed sufficiently depending on the composition and partial pressure of the remaining gas. On the other hand, at a pressure of 1 × 10 −3 Pa or more, the progress of activation becomes extremely fast, and it becomes difficult to form a desired deposit shape with good reproducibility. The preferred range of the introduced partial pressure depends on the saturated vapor pressure of the organic substance at that temperature, and in the case of acrylonitrile, 1 × 10 -1 Pa to 1
About 10-3 Pa.

【0089】活性化工程(炭素を有する膜を堆積させる
工程)において、図7に示した電圧を、素子電極2、3
間(間隙部7)に印加する。これにより雰囲気中の有機
物質が間隙部7内及びその近傍の導電性薄膜4上に堆積
し始める(図6(b))。この過程において、堆積物2
1、22は、紙面と垂直方向にも同時に堆積する。
In the activation step (the step of depositing a film containing carbon), the voltages shown in FIG.
It is applied between the gaps (gap 7). Thus, the organic substance in the atmosphere starts to deposit on the conductive thin film 4 in the gap 7 and in the vicinity thereof (FIG. 6B). In this process, sediment 2
1, 22 are simultaneously deposited in the direction perpendicular to the paper surface.

【0090】さらに、活性化処理を続けると、基板の変
質(後述する掘れ)を伴って、堆積物の堆積が増加して
いき導電性薄膜表面より上方に成長していく(図6
(c))。そして最終的に図6(d)に示された形態に
なった時点で活性化処理を終了する。
Further, when the activation process is continued, the deposition of the deposit increases with the alteration of the substrate (digging described later) and grows above the surface of the conductive thin film (FIG. 6).
(C)). Then, the activation process ends when the configuration finally becomes as shown in FIG.

【0091】上記活性化工程中に素子電極2,3間を流
れる電流(素子電流If)の様子を現したのが、図19
である。
FIG. 19 shows the state of the current (device current If) flowing between the device electrodes 2 and 3 during the activation step.
It is.

【0092】図19中、領域Iにおける炭素を有する膜
の堆積の様子を示したのが、図6の(a)、(b)であ
る。また、領域IIにおける炭素を有する膜の堆積の様
子を示したのが、図6の(c)、(d)である。
In FIG. 19, (a) and (b) of FIG. 6 show how the film having carbon is deposited in the region I. FIGS. 6C and 6D show how the film having carbon is deposited in the region II.

【0093】素子電流の上昇が緩やかになる領域IIに
入ると基板の変質である基板の掘れと共に、堆積物であ
る炭素を有する膜21,22の基板表面から上方に向か
った堆積が進行する。従って、活性化工程の終了を素子
電流を測定しながら決定する場合には、活性化時に素子
電極に印加する電圧が一定電圧(図7のconst電
圧)の領域に入った後に、素子電流が上記領域IIに入
ったことを確認した上で、活性化工程を終了する。
In the region II where the rise of the device current is slow, the substrate 21 is deteriorated and the deposition of the carbon-containing films 21 and 22 proceeds upward from the substrate surface along with the digging of the substrate. Therefore, when the end of the activation step is determined while measuring the device current, after the voltage applied to the device electrode at the time of activation enters a region of a constant voltage (const voltage in FIG. 7), the device current is reduced as described above. After confirming that it has entered the region II, the activation step is terminated.

【0094】また、図6に示した活性化工程中、図7に
示した電圧を素子電極3が正になる様に、素子電極3に
のみ印加した場合には、堆積物である炭素を有する膜2
1,22の基板表面からの高さが、22の方が高くなる
非対称の構造を作る事ができる。
When the voltage shown in FIG. 7 is applied only to the device electrode 3 so that the device electrode 3 becomes positive during the activation process shown in FIG. Membrane 2
It is possible to make an asymmetric structure in which the heights 22 from the substrate surface of the substrates 1 and 22 are higher.

【0095】このような非対称構造の素子の場合は、基
板表面からの高さが高い方の炭素を有する膜が電気的に
接続した電極の方に、駆動時に印加する電位が高い様に
することが好ましい。この様に駆動することで、より高
い電子放出効率が得られる。
In the case of an element having such an asymmetric structure, the potential applied at the time of driving should be higher to the electrode to which the film having carbon, which is higher from the substrate surface, is electrically connected. Is preferred. By driving in this manner, higher electron emission efficiency can be obtained.

【0096】尚、図6(d)に示した様に、堆積物であ
る炭素を有する膜21,22の基板表面からの高さを揃
えるには、一旦、図7に示した波形の電位を素子電極3
の電位が正になるようにして印加した後に、素子電極3
の電位が負になる様に電圧を印加することで形成するこ
とができる。
As shown in FIG. 6D, in order to make the heights of the carbon-containing films 21 and 22 from the substrate surface uniform, the potential of the waveform shown in FIG. Device electrode 3
Of the device electrode 3
Can be formed by applying a voltage such that the potential of the negative electrode becomes negative.

【0097】この様に、活性化工程中に極性を反転させ
た電位を印加する工程を行うことで、炭素を有する膜2
1,22を構成する炭素の質を同程度のものにすること
ができるので、電子放出素子の駆動時に、高温にさらさ
れる炭素を有する膜21,22のどちらか一方の優先的
な変質や消失を抑制でき、その結果電子放出特性をより
安定にすることができる。
As described above, by performing the step of applying a potential whose polarity has been inverted during the activation step, the carbon-containing film 2 is formed.
Since the quality of the carbon constituting the first and second films 22 and 22 can be made substantially the same, preferential alteration or loss of one of the films 21 and 22 having carbon exposed to a high temperature when the electron-emitting device is driven. , And as a result, the electron emission characteristics can be made more stable.

【0098】また、基板の変質(掘れ)については、次
のように考えている。
The following is considered regarding the alteration (digging) of the substrate.

【0099】炭素の近くにSiO2 (基板の材料)が存
在する条件下で温度上昇するとSiが消費される。
When the temperature rises under the condition where SiO 2 (substrate material) exists near carbon, Si is consumed.

【0100】SiO2 +C→SiO↑+CO↑ この様な反応が起こることによって基板中のSiが消費
され、基板がえぐれた(凹部)形状を有するのではない
かと考える。電子放出部5は、基板がえぐれて、上方向
にせり出した炭素堆積物を持つ形状を形作ることで電界
が先端部に集中し、より安定した電子放出を可能にす
る。
SiO2 + C → SiO {+ CO} It is considered that Si in the substrate is consumed by such a reaction and the substrate has a hollow (recessed) shape. The electron-emitting portion 5 forms a shape having a carbon deposit that has been removed from the substrate and protruded upward, so that the electric field is concentrated at the tip portion, thereby enabling more stable electron emission.

【0101】また、基板に形成された凹部23は、堆積
物に形成された第一の間隙部8を境いにして、堆積物2
1、22間の沿面距離を増加させている。沿面距離が増
加する事で、堆積物21、22間に印加される高電界下
においても、堆積物21、22間の放電現象が抑制され
ると考えられる。
The recess 23 formed in the substrate is separated from the deposit 2 by the first gap 8 formed in the deposit.
The creepage distance between 1 and 22 is increased. It is considered that an increase in the creepage distance suppresses a discharge phenomenon between the deposits 21 and 22 even under a high electric field applied between the deposits 21 and 22.

【0102】又、上記凹部には、その表面に炭素が存在
するため、間隙部8内に露出した基板の帯電が抑制さ
れ、この結果、より安定な電子放出特性が得られると考
えられる。
Since carbon is present on the surface of the concave portion, charging of the substrate exposed in the gap portion 8 is suppressed, and as a result, more stable electron emission characteristics are considered to be obtained.

【0103】次に、本発明における炭素を有する膜であ
る堆積物21、22の炭素について説明する。
Next, the carbon of the deposits 21 and 22, which are the films having carbon in the present invention, will be described.

【0104】本発明におけるグラファイト状炭素とは、
完全なグラファイトの結晶構造を有するもの(いわゆる
HOPG)、結晶粒が20nm程度で結晶構造がやや乱
れたもの(PG)、結晶粒が2nm程度になり結晶構造
の乱れがさらに大きくなったもの(GC)、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)を包含
する。すなわち、グラファイト粒子間の粒界などの層の
乱れが存在していても好ましく用いることができる。
The graphite-like carbon in the present invention is:
One having a perfect graphite crystal structure (a so-called HOPG), one having a crystal grain of about 20 nm and a slightly disordered crystal structure (PG), and one having a crystal grain of about 2 nm and having a further disordered crystal structure (GC) ), Amorphous carbon (refers to amorphous carbon and a mixture of amorphous carbon and the microcrystals of graphite). That is, it can be preferably used even if there is a layer disorder such as a grain boundary between graphite particles.

【0105】6)こうして作製した電子放出素子に、好
ましくは、安定化工程を行う。この工程は、真空容器内
の有機物質排気する工程である。真空容器内の有機物質
は極力排除することが望ましいが、有機物質の分圧とし
ては1〜3×10-8Pa以下が好ましい。また、他のガ
スをも含めた圧力は、1〜3×10-6Pa以下が好まし
く、さらに1×10-7Pa以下が特に好ましい。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。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。
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。このときの加熱条件
は、150〜350℃、好ましくは200℃以上ででき
るだけ長時間行うのが望ましいが、特にこの条件に限る
ものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子
の配置などの諸条件により適宜選ばれる条件により行
う。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、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特性を維持
することが出来る。
6) The electron-emitting device thus manufactured is preferably subjected to a stabilization step. This step is a step of exhausting the organic substance in the vacuum vessel. Although it is desirable to eliminate the organic substance in the vacuum vessel as much as possible, the partial pressure of the organic substance is preferably 1 to 3 × 10 −8 Pa or less. Further, the pressure including other gases is preferably 1 to 3 × 10 −6 Pa or less, and more preferably 1 × 10 −7 Pa or less. As the vacuum exhaust device for exhausting the vacuum container, a device that does not use oil is used so that oil generated from the device does not affect the characteristics of the element. Specifically, a sorption pump,
A vacuum exhaust device such as an ion pump can be used.
Further, when the inside of the vacuum vessel is evacuated, the entire vacuum vessel is heated so that the organic substance molecules adsorbed on the inner wall of the vacuum vessel and the electron-emitting device are easily evacuated. The heating condition at this time is desirably as long as possible at 150 to 350 ° C., preferably 200 ° C. or more, for as long as possible. However, the heating condition is not particularly limited thereto. This is performed under conditions appropriately selected according to various conditions. After performing the stabilization step, it is preferable that the atmosphere at the time of driving maintain the atmosphere at the end of the stabilization process,
However, the present invention is not limited to this. If the organic substance is sufficiently removed, it is possible to maintain sufficiently stable characteristics even if the pressure itself slightly increases.

【0106】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る
ので本発明の炭素を有する膜の形状が維持され、結果と
して素子電流If,放出電流Ieが安定する。
By adopting such a vacuum atmosphere, the deposition of new carbon or a carbon compound can be suppressed, so that the shape of the film having carbon of the present invention is maintained. As a result, the device current If and the emission current Ie are stable. I do.

【0107】上述のような製造方法によって作製された
本発明を適用可能な電子放出素子の基本特性について図
3、図8を用いて説明する。
The basic characteristics of the electron-emitting device manufactured by the above-described manufacturing method to which the present invention can be applied will be described with reference to FIGS.

【0108】図3に示した測定評価装置により測定され
た、安定化処理後の素子の放出電流Ie及び素子電流I
fと素子電圧Vfの典型的な例を図8に示す。なお、図
8は、放出電流Ieは素子電流Ifに比べて著しく小さ
いので、任意単位で示されており、いずれもリニアスケ
ールである。図8からも明らかなように、本電子放出素
子は放出電流Ieに対する三つの性質を有する。
The emission current Ie and the device current I of the device after the stabilization process were measured by the measurement and evaluation apparatus shown in FIG.
FIG. 8 shows a typical example of f and the device voltage Vf. In FIG. 8, since the emission current Ie is significantly smaller than the element current If, the emission current Ie is shown in an arbitrary unit, and each is a linear scale. As is clear from FIG. 8, the electron-emitting device has three properties with respect to the emission current Ie.

【0109】まず第一に、本素子はある電圧(しきい値
電圧と呼ぶ、図8中のVth)以上の素子電圧を印加す
ると急激に放出電流Ieが増加し、一方しきい値電圧V
th以下では放出電流Ieがほとんど検出されない。す
なわち、放出電流Ieに対する明確なしきい値電圧Vt
hを持った非線形素子である。
First, when an element voltage higher than a certain voltage (called a threshold voltage, Vth in FIG. 8) is applied to the present element, the emission current Ie sharply increases, while the threshold voltage Ve is increased.
Below th, the emission current Ie is hardly detected. That is, a clear threshold voltage Vt for the emission current Ie
h is a non-linear element.

【0110】第二に、放出電流Ieが素子電圧Vfに依
存するため、放出電流Ieは素子電圧Vfで制御でき
る。
Second, since the emission current Ie depends on the device voltage Vf, the emission current Ie can be controlled by the device voltage Vf.

【0111】第3に、アノード電極34に捕捉される放
出電荷は、素子電圧Vfを印加する時間に依存する。つ
まり、アノード電極34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。
Third, the emission charge captured by the anode electrode 34 depends on the time during which the device voltage Vf is applied. That is, the amount of charge captured by the anode electrode 34 can be controlled by the time during which the device voltage Vf is applied.

【0112】以上のような電子放出素子の特性を用いる
と、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。さらに、本発明にかかわる電子放出素子
は、安定かつ高輝度な電子放出特性を有するため、多方
面への応用が期待できる。
By using the characteristics of the electron-emitting device as described above, the electron-emitting characteristics can be easily controlled according to the input signal. Furthermore, since the electron-emitting device according to the present invention has stable and high-luminance electron-emitting characteristics, it can be expected to be applied to various fields.

【0113】本発明を適用可能な電子放出素子の応用例
について以下に述べる。
An application example of the electron-emitting device to which the present invention can be applied will be described below.

【0114】本発明による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、画像形成装置を構
成できる。
By arranging a plurality of electron-emitting devices according to the present invention on a substrate, for example, an electron source or an image forming apparatus can be constructed.

【0115】基板上の素子の配列については、例えば、
多数の電子放出素子を並列に配置し、個々の素子の両端
を配線にて結線した、電子放出素子の行を多数個配し
(行方向と呼ぶ)、この配線と直交する方向に(列方向
と呼ぶ)、該電子源の上方の空間に設置された制御電極
(グリッドと呼ぶ)により電子を制御駆動する配列形態
(はしご型という)、及び次に述べるm本のX方向配線
の上にn本のY方向配線を、層間絶縁層を介して設置
し、表面伝導電子放出素子の一対の素子電極にそれぞ
れ、X方向配線、Y方向配線を接続した配列形態が挙げ
られる。以降これを単純マトリクス配置と呼ぶ。
For the arrangement of the elements on the substrate, for example,
A large number of electron-emitting devices are arranged in parallel, and both ends of each element are connected by wiring. A large number of electron-emitting device rows are arranged (referred to as a row direction). ), A control electrode (called a grid) installed in a space above the electron source to control and drive the electrons (called a ladder type), and n An example is an arrangement in which the Y-directional wiring is provided via an interlayer insulating layer, and the X-directional wiring and the Y-directional wiring are connected to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device, respectively. Hereinafter, this is referred to as a simple matrix arrangement.

【0116】次に、この単純マトリクス配置について詳
述する。
Next, the simple matrix arrangement will be described in detail.

【0117】本発明にかかわる表面伝導型電子放出素子
の前述した3つの基本的特性の特徴によれば、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
子を配置した場合でも、個々の素子に、上記パルス状電
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、その電子放出量が制御できる事と
なる。
According to the characteristics of the above-mentioned three basic characteristics of the surface conduction electron-emitting device according to the present invention, when the electrons emitted from the surface conduction electron-emitting device are equal to or higher than the threshold voltage, the opposing device electrode It can be controlled by the peak value and width of the pulse voltage applied between them. 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 the pulse-like voltage is appropriately applied to each of the devices, the surface-conduction electron-emitting device is selected according to an input signal, and the electron is selected. The amount of release can be controlled.

【0118】以下この原理に基づき構成した電子源基板
の構成について、図9を用いて説明する。
Hereinafter, the structure of the electron source substrate formed based on this principle will be described with reference to FIG.

【0119】m本のX方向配線102は、DX1、DX
2、…、DXmからなり、基板1上に、真空蒸着法、印
刷法、スパッタ法等で形成し、所望のパターンとした導
電性金属等からなり、多数の表面伝導型電子放出素子に
ほぼ均等な電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線
幅等が設計される。これらm本のX方向配線102とn
本のY方向配線103間には、不図示の層間絶縁層が設
置され、電気的に分離されて、マトリックス配線を構成
する(このm,nは、共に正の整数)。
The m X-direction wirings 102 are DX1, DX
.., DXm, formed on the substrate 1 by a vacuum evaporation method, a printing method, a sputtering method, or the like, and made of a conductive metal or the like having a desired pattern, and is substantially equivalent to a large number of surface conduction electron-emitting devices. The material, the film thickness, the wiring width, and the like are designed so that an appropriate voltage is supplied. These m X-directional wirings 102 and n
An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the Y-directional wirings 103 and electrically separated to form a matrix wiring (m and n are both positive integers).

【0120】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたSiO2 等であり、X方
向配線102を形成した基板101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102とY方向
配線103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102とY
方向配線103は、それぞれ外部端子として引き出され
ている。さらに、前述と同様にして、表面伝導型放出素
子104の対向する電極(不図示)が、m本のX方向配
線102(DX1、DX2、…、DXm)とn本のY方
向配線103(DY1、DY2、…、DYn)と導電性
金属等からなる結線105によって電気的に接続されて
いるものである。
The interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. In particular, the film thickness and the thickness are set so as to withstand the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 102 and the Y-direction wiring 103.
The material and manufacturing method are appropriately set. X direction wiring 102 and Y
The direction wiring 103 is drawn out as an external terminal. Further, in the same manner as described above, opposing electrodes (not shown) of the surface conduction electron-emitting device 104 are composed of m X-directional wirings 102 (DX1, DX2,..., DXm) and n Y-directional wirings 103 (DY1). , DY2,..., DYn) are electrically connected to each other by a connection 105 made of a conductive metal or the like.

【0121】ここで、m本のX方向配線102とn本の
Y方向配線103と結線105と対向する素子電極の導
電性金属は、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。
Here, the conductive metal of the element electrode opposed to the m X-directional wirings 102, the n Y-directional wirings 103, and the connection 105 has the same structure as that of the element metal even if some or all of the constituent elements are the same. Moreover, each may be different. These materials are appropriately selected, for example, from the above-described materials for the device electrodes.

【0122】また、詳しくは後述するが、前記X方向配
線102には、X方向に配列する表面伝導型放出素子9
4の行を、入力信号に応じて、走査するための走査信号
を印加するための不図示の走査信号印加手段と電気的に
接続され、一方、Y方向配線103には、Y方向に配列
する表面伝導型放出素子104の各列を入力信号に応じ
て、変調するための変調信号を印加するための不図示の
変調信号発生手段と電気的に接続される。
As will be described in detail later, the X-direction wiring 102 has a surface conduction type emission element 9 arranged in the X-direction.
The four rows are electrically connected to a scanning signal applying unit (not shown) for applying a scanning signal for scanning in accordance with an input signal, and are arranged in the Y direction on the Y direction wiring 103. Each row of the surface conduction electron-emitting devices 104 is electrically connected to a modulation signal generating means (not shown) for applying a modulation signal for modulating each row according to an input signal.

【0123】更に、表面伝導型電子放出素子の各素子に
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ものである。
Further, a driving voltage applied to each element of the surface conduction electron-emitting device is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the element.

【0124】次に、以上のようにして作製した電子源基
板を用いた電子源、及び、表示等に用いる画像形成装置
の一例について、図10と図11を用いて説明する。図
10は、画像形成装置の基本構成図であり、図11は蛍
光膜である。
Next, an example of an electron source using the electron source substrate manufactured as described above and an example of an image forming apparatus used for display and the like will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a basic configuration diagram of the image forming apparatus, and FIG. 11 is a fluorescent film.

【0125】図10において、101は電子放出素子を
複数配した電子源基板、111は電子源基板101を固
定したリアプレート、116はガラス基板113の内面
に蛍光膜114とメタルバック115等が形成されたフ
ェースプレートである。112は、支持枠であり、リア
プレート111、支持枠112及びフェースプレート1
16をフリットガラスを塗布し、大気中あるいは、窒素
中で、400〜500℃で、10分以上焼成すること
で、封着して、外囲器118を構成する。
In FIG. 10, reference numeral 101 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged; 111, a rear plate on which the electron source substrate 101 is fixed; 116, a fluorescent film 114 and a metal back 115 formed on the inner surface of a glass substrate 113; This is the finished face plate. Reference numeral 112 denotes a support frame, and the rear plate 111, the support frame 112, and the face plate 1
16 is coated with frit glass and baked in air or nitrogen at 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more to be sealed to form an envelope 118.

【0126】図10において、104は、図1あるいは
図2に示された表面伝導型電子放出部に相当する。10
2、103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。ま
た、これら素子電極への配線は、素子電極と配線材料が
同一である場合は、素子電極と呼ぶ場合もある。
In FIG. 10, reference numeral 104 corresponds to the surface conduction electron-emitting portion shown in FIG. 1 or FIG. 10
Reference numerals 2 and 103 are an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device. Further, the wiring to these device electrodes may be referred to as a device electrode when the material of the device electrode and the wiring material are the same.

【0127】外囲器118は、上述の如く、フェースプ
レート116、支持枠112、リアプレート111で構
成したが、リアプレート111は主に基板101の強度
を補強する目的で設けられるため、基板91自体で十分
な強度を持つ場合は別体のリアプレート111は不要で
あり、基板101に直接支持枠112を封着し、フェー
スプレート116、支持枠112、基板101で外囲器
118を構成してもよい。
As described above, the envelope 118 is composed of the face plate 116, the support frame 112, and the rear plate 111. Since the rear plate 111 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the substrate 101, If it has sufficient strength, the separate rear plate 111 is unnecessary, and the support frame 112 is directly sealed to the substrate 101, and the envelope 118 is constituted by the face plate 116, the support frame 112, and the substrate 101. You may.

【0128】一方、フェースプレート116、リアプレ
ート111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118を構成することもできる。
On the other hand, by installing a support (not shown) called a spacer between the face plate 116 and the rear plate 111, an envelope 118 having sufficient strength against atmospheric pressure can be formed. .

【0129】図11は、蛍光膜である。蛍光膜114
は、モノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、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121と蛍光体122とで構成される。ブラック
ストライプ、ブラックマトリクスが設けられる目的は、
カラー表示の場合必要となる3原色蛍光体の各蛍光体1
22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114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、通常良く用いられている黒鉛を
主成分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透過
及び反射が少ない材料であればこれに限るものではな
い。
FIG. 11 shows a fluorescent film. Phosphor film 114
Is composed of only a phosphor in the case of a monochrome, but is composed of a black conductive material 121 called a black stripe or a black matrix and a phosphor 122 depending on the arrangement of the phosphor in the case of a color phosphor film. The purpose of providing the black stripe and black matrix is
Each phosphor of three primary color phosphors required for color display 1
The purpose is to make the color mixture and the like inconspicuous by making the painted portion between 22 black, and to suppress a decrease in contrast due to reflection of external light on the fluorescent film 114. The material of the black stripe is not limited to the commonly used material containing graphite as a main component, as long as it is conductive and has little light transmission and reflection.

【0130】ガラス基板113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
が用いられる。
The method of applying the fluorescent substance to the glass substrate 113 is not limited to monochrome or color, and a precipitation method, a printing method, or the like is used.

【0131】また、蛍光膜114の内面側には通常メタ
ルバック115が設けられる。メタルバックの目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート1
16側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させるこ
と、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作
用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によ
るダメージからの蛍光体の保護等である。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Alを
真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。
A metal back 115 is usually provided on the inner side of the fluorescent film 114. The purpose of metal back is
The face plate 1 emits light toward the inner surface side of the phosphor emission.
To improve the brightness by specular reflection to the 16 side, to act as an electrode for applying electron beam acceleration voltage, to protect the phosphor from damage due to the collision of negative ions generated in the envelope, etc. is there. The metal back can be produced by performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the phosphor film after producing the phosphor film, and then depositing Al by vacuum evaporation or the like.

【0132】フェースプレート116には、更に蛍光膜
114の導電性を高めるため、蛍光膜114の外面側に
透明電極(不図示)を設けてもよい。
In the face plate 116, a transparent electrode (not shown) may be provided on the outer surface side of the fluorescent film 114 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 114.

【0133】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子と対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行う必要がある。
When the above-mentioned sealing is performed, in the case of color, the phosphors of each color must correspond to the electron-emitting devices, so that it is necessary to perform sufficient alignment.

【0134】外囲器118は、不図示の排気管を通じ、
1×10-7Torr程度の真空度にした後、封止がおこ
なわれる。また、外囲器118の封止後の真空度を維持
するために、ゲッター処理を行う場合もある。これは、
外囲器118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の加熱法により、外囲器11
8内の所定の位置(不図示)に配置されたゲッターを加
熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常B
a等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、たと
えば1×10-5ないしは1×10-7Torrの真空度を
維持するものである。
The envelope 118 is passed through an exhaust pipe (not shown)
After the degree of vacuum is set to about 1.times.10@-7 Torr, sealing is performed. In addition, getter processing may be performed in order to maintain the degree of vacuum of the envelope 118 after sealing. this is,
Immediately before or after sealing the envelope 118, the envelope 11 is heated by a heating method such as resistance heating or high-frequency heating.
8 is a process of heating a getter arranged at a predetermined position (not shown) in 8 to form a deposited film. Getter is usually B
a is a main component, and maintains a degree of vacuum of, for example, 1 × 10 −5 or 1 × 10 −7 Torr by the adsorption action of the deposited film.

【0135】以上により完成した本発明の画像表示装置
において、各電子放出素子には、容器外端子Dox1な
いしDoxm、Doy1ないしDoynを通じ、電圧を
印加することにより、電子放出させ、高圧端子117を
通じ、メタルバック115あるいは透明電極(不図示)
に数kV以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍
光膜114に衝突させ、励起・発光させることで画像を
表示するものである。
In the image display device of the present invention completed as described above, a voltage is applied to each electron-emitting device through external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn, thereby emitting electrons. Metal back 115 or transparent electrode (not shown)
A high voltage of several kV or more is applied to accelerate the electron beam, collide it with the fluorescent film 114, and excite and emit light to display an image.

【0136】なお、以上述べた構成は、表示等に用いら
れる好適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成
であり、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内容
に限られるものではなく、画像形成装置の用途に適する
よう適宜選択する。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12を用いて説明する。
The configuration described above is a schematic configuration necessary for producing a suitable image forming apparatus used for display and the like, and detailed portions such as materials of each member are limited to those described above. Instead, it is appropriately selected so as to be suitable for the use of the image forming apparatus. Next, a configuration example of a driver circuit for performing television display based on an NTSC television signal on a display panel configured using electron sources in a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG.

【0137】図12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
であり、図12中、131は表示パネル、132は走査
信号発生回路、133はタイミング制御回路、134は
シフトレジスタである。135はラインメモリ、136
は同期信号分離回路、137は変調信号発生回路、Vx
およびVaは直流電圧源である。
FIG. 12 is a block diagram showing an example of a drive circuit for performing display in accordance with NTSC television signals. In FIG. 12, reference numeral 131 denotes a display panel, 132 denotes a scanning signal generation circuit, and 133 denotes timing. The control circuit 134 is a shift register. 135 is a line memory, 136
Is a synchronization signal separation circuit, 137 is a modulation signal generation circuit, Vx
And Va are DC voltage sources.

【0138】表示パネル131は、端子Dox1乃至D
oxm、端子Doy1乃至Doyn、及び高圧端子Hv
を介して外部の電気回路と接続している。端子Dox1
乃至Doxmには、表示パネル内に設けられている電子
源、即ち、m行n列の行列状にマトリクス配線された表
面伝導型電子放出素子群を一行(n素子)ずつ順次駆動
する為の走査信号が印加される。端子Doy1乃至Do
yn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10kVの直流電圧が供給されるが、これ
は表面伝導型電子放出素子から放出される電子ビームに
蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の
加速電圧である。
The display panel 131 has terminals Dox1 to Dox1
oxm, terminals Doy1 to Doyn, and high voltage terminal Hv
Connected to an external electric circuit via Terminal Dox1
Scanning 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 at a time (n elements). A signal is applied. Terminals Doy1 to Do
To yn, a modulation signal for controlling an output electron beam of one row of surface conduction electron-emitting devices selected by the scanning signal is applied. A DC voltage source Va is connected to the high voltage terminal Hv.
Thus, for example, a DC voltage of 10 kV is supplied, which is an accelerating voltage for applying sufficient energy to the electron beam emitted from the surface conduction electron-emitting device to excite the phosphor.

【0139】走査信号発生回路132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S
mで模式的に示している)ある。各スイッチング素子
は、直流電圧源Vxの出力電圧もしくは0V(グランド
レベル)のいずれか一方を選択し、表示パネル131の
端子Dox1ないしDoxmと電気的に接続される。S
1乃至Smの各スイッチング素子は、制御回路133が
出力する制御信号Tscanに基づいて動作するもので
あり、例えばFETのようなスイッチング素子を組み合
わせることにより構成することができる。
The scanning signal generating circuit 132 has m switching elements therein (S1 to S1 in the drawing).
m). Each switching element selects either the output voltage of the DC voltage source Vx or 0 V (ground level) and is electrically connected to the terminals Dox1 to Doxm of the display panel 131. S
Each of the switching elements 1 to Sm operates based on the control signal Tscan output from the control circuit 133, and can be configured by combining switching elements such as FETs, for example.

【0140】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 uses a drive voltage applied to an element that is not scanned based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the surface conduction type electron emission element. It is set to output a constant voltage that is equal to or lower than the voltage.

【0141】タイミング制御回路133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。タイミング制御
回路133は、同期信号分離回路136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 timing control circuit 133 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 timing control circuit 133 sends Tscan to each unit based on the synchronization signal Tsync sent from the synchronization signal separation circuit 136.
And Tsft and Tmry control signals.

【0142】同期信号分離回路136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136により分離された同期信号は、垂直同期
信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上
Tsync信号として図示した。前記テレビ信号から分
離された画像の輝度信号成分は便宜上DATA信号と表
した。該DATA信号はシフトレジスタ134に入力さ
れる。
The synchronizing signal separation circuit 136 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 separation (filter) circuit or the like. Can be configured. The synchronizing signal separated by the synchronizing signal separating circuit 136 includes a vertical synchronizing signal and a horizontal synchronizing signal, but is shown here as a Tsync signal for convenience of explanation. The luminance signal component of the image separated from the television signal is referred to as a DATA signal for convenience. The DATA signal is input to the shift register 134.

【0143】シフトレジスタ134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、前記タ
イミング制御回路133より送られる制御信号Tsft
に基づいて動作する(即ち、制御信号Tsftは、シフ
トレジスタ134のシフトクロックであるということも
できる)。シリアル/パラレル変換された画像1ライン
分(電子放出素子N素子分の駆動データに相当)のデー
タは、ld1乃至ldnのN個の並列信号として前記シ
フトレジスタ134より出力される。
The shift register 134 is for serially / parallel-converting the DATA signal input serially in time series for each line of an image, and a control signal Tsft sent from the timing control circuit 133.
(Ie, the control signal Tsft can be said to be a shift clock of the shift register 134). The data for one line of the image that has been subjected to the serial / parallel conversion (corresponding to drive data for N electron-emitting devices) is output from the shift register 134 as N parallel signals ld1 to ldn.

【0144】ラインメモリ135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、タイミング制御回路133より送られる制御信号T
mryに従って適宜ld1乃至ldnの内容を記憶す
る。記憶された内容は、l′d1乃至l′dnとして出
力され、変調信号発生器107に入力される。
The line memory 135 is a storage device for storing data for one line of an image for a required time only, and a control signal T sent from the timing control circuit 133.
The contents of ld1 to ldn are stored as appropriate according to mry. The stored contents are output as l'd1 to l'dn and input to the modulation signal generator 107.

【0145】変調信号発生器137は、画像データl′
d1乃至l′dnの各々に応じて表面伝導型電子放出素
子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その
出力信号は、端子Doy1乃至Doynを通じて表示パ
ネル131内の表面伝導型電子放出素子に印加される。
The modulation signal generator 137 outputs the image data l '
The signal source is a signal source for appropriately driving and modulating each of the surface conduction electron-emitting devices in accordance with each of d1 to l'dn. Applied to the emitting element.

【0146】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。
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.

【0147】このことから、本素子にパルス状の電圧を
印加する場合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加し
ても電子放出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を
印加する場合には電子ビームが出力される。その際、パ
ルスの波高値Vmを変化させる事により出力電子ビーム
の強度を制御することが可能である。また、パルスの幅
Pwを変化させることにより出力される電子ビームの電
荷の総量を制御する事が可能である。従って、入力信号
に応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧
変調方式、パルス幅変調方式等が採用できる。
From this, when a pulse-like voltage is applied to the present element, for example, when a voltage lower than the electron emission threshold is applied, no electron emission occurs, but when a voltage higher than 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. In addition, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam by changing the pulse width Pw. Therefore, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be adopted as a method of modulating the electron-emitting device according to the input signal.

【0148】電圧変調方式を実施するに際しては、変調
信号発生器137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。
In implementing the voltage modulation method, the modulation signal generator 137 generates a voltage pulse of a fixed length, and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data. A circuit can be used.

【0149】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137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 137, 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.

【0150】シフトレジスタ134やラインメモリ13
5は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。画像信号のシリアル/パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。
The shift register 134 and the line memory 13
5 can be either a digital signal type or an analog signal type. This is because the serial / parallel conversion and storage of the image signal may be performed at a predetermined speed.

【0151】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路136の出力信号DATAをデジタル信号化
する必要があるが、これには同期信号分離回路136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135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137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137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137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 synchronization signal separation circuit 136 into a digital signal. For this purpose, an A / D converter is provided at the output of the synchronization signal separation circuit 136. Just do it. In this connection, the circuit used for the modulation signal generator 137 is slightly different depending on whether the output signal of the line memory 135 is a digital signal or an analog signal. That is, in the case of the voltage modulation method using a digital signal, the modulation signal generator 137 includes:
For example, a D / A conversion circuit is used, and an amplification circuit and the like are added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, the modulation signal generator 137 includes, for example, a high-speed oscillator, a counter (counter) for counting the number of waves output from the oscillator, and a comparator for comparing the output value of the counter with the output value of the memory. (Comparator) is used. If necessary, an amplifier for voltage-amplifying the pulse width modulated signal output from the comparator to the drive voltage of the surface conduction electron-emitting device can be added.

【0152】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137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, the modulation signal generator 137 may employ an amplifier circuit using, for example, an operational amplifier, and may add a bell shift circuit and the like 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.

【0153】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Dox1乃至Doxm、Doy1乃至Doynを
介して電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。
高圧端子Hvを介してメタルバック115、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114に衝突し、発光が
生じて画像が形成される。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方式を挙げたが入力
信号はこれに限られるものではなく、PAL、SECA
M方式など他、これよりも、多数の走査線からなるTV
信号(例えば、MUSE方式をはじめとする高品位T
V)方式をも採用できる。本発明の画像形成装置は、テ
レビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコン
ピュータ等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構
成された光プリンターとしての画像形成装置等としても
用いることができる。
In the image display apparatus to which the present invention can be applied, which has such a configuration, by applying a voltage to each electron-emitting device via the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn, the electron-emitting device can emit electrons. Occurs.
A high voltage is applied to the metal back 115 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 114 and emit light to form an image. 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 described as the input signal, the input signal is not limited to this, and PAL, SECA
In addition to the M type, a TV with a larger number of scanning lines
Signal (for example, high quality T including MUSE method)
V) system can also be adopted. The image forming apparatus of the present invention can be used not only as a display device for television broadcasting, a display device such as a video conference system or a computer, but also as an image forming device as an optical printer including a photosensitive drum or the like. it can.

【0154】[0154]

【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述
する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

【0155】(実施例1)本実施例にかかわる基本的な
電子放出素子の構成は、図1の(a)、(b)の平面図
及び断面図、及び図2の(a)、(b)、(c)の拡大
した平面図、断面図及び炭素を有する膜の導電率分布図
と同様である。
Example 1 The basic structure of an electron-emitting device according to this example is a plan view and a sectional view of FIGS. 1A and 1B, and FIGS. 2A and 2B. ) And (c) are the same as the enlarged plan view, cross-sectional view, and conductivity distribution diagram of the film containing carbon.

【0156】本実施例にかかわる表面伝導型電子放出素
子の製造法は、基本的には図4、図6と同様である。以
下、図1、図2、図4、図6を用いて、本実施例に関わ
る素子の基本的な構成及び製造方法を説明する。
The method for manufacturing the surface conduction electron-emitting device according to this embodiment is basically the same as that shown in FIGS. Hereinafter, a basic configuration and a manufacturing method of the element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, 4, and 6.

【0157】以下、順をおって製造方法の説明を図1、
図2及び図4、図6に基づいて説明する。
Hereinafter, the manufacturing method will be described in order with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. 2, 4, and 6.

【0158】工程−a 最初に、清浄化した石英基板1上に、素子電極2、3と
所望の素子電極間ギャップLとなるべきパターンをホト
レジスト(RD−2000N−41 日立化成社製)で
形成し、電子ビーム蒸着法により、厚さ5nmのTi、
厚さ30nmのPtを順次堆積した。ホトレジストパタ
ーンを有機溶剤で溶解し、Pt/Ti堆積膜をリストオ
フ、素子電極間隔Lは3μmとし、素子電極の幅Wが5
00μmを有する素子電極2、3を形成した(図4
(a))。
Step-a First, on the cleaned quartz substrate 1, a pattern to be a gap L between the device electrodes 2, 3 and a desired device electrode is formed by a photoresist (RD-2000N-41 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.). Then, a 5 nm-thick Ti,
Pt having a thickness of 30 nm was sequentially deposited. The photoresist pattern was dissolved with an organic solvent, the Pt / Ti deposited film was wrist-off, the element electrode interval L was 3 μm, and the element electrode width W was 5 μm.
The device electrodes 2 and 3 having a thickness of 00 μm were formed (FIG.
(A)).

【0159】工程−b 膜厚100nmのCr膜を真空蒸着により堆積し、後述
の導電性薄膜の形状に対応する開口を有するようにパタ
ーニングし、そのうえに有機パラジウム化合物溶液(c
cp4230 奥野製薬(株)社製)をスピンナーによ
り回転塗布、300℃で12分間の加熱焼成処理をし
た。また、こうして形成された主元素としてPdよりな
る微粒子からなる導電性薄膜4の膜厚は10nm、シー
ト抵抗Rsは2×104 Ω/□であった。なおここで述
べる微粒子膜とは、前述したように、複数の微粒子が集
合した膜である。
Step-b: A Cr film having a thickness of 100 nm is deposited by vacuum evaporation, patterned so as to have an opening corresponding to the shape of a conductive thin film described later, and an organic palladium compound solution (c
cp4230 manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) was spin-coated with a spinner and heated and baked at 300 ° C. for 12 minutes. The conductive thin film 4 formed of fine particles of Pd as the main element thus formed had a thickness of 10 nm and a sheet resistance Rs of 2 × 10 4 Ω / □. Note that the fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated as described above.

【0160】工程−c Cr膜および焼成後の導電性薄膜4を酸エッチャントに
よりエッチングして、導電性薄膜4の幅W′の幅が30
0μmとなるよう所望のパターンの導電性薄膜4を形成
した(図4(b))。
Step-c The Cr film and the baked conductive thin film 4 are etched with an acid etchant so that the width W ′ of the conductive thin film 4 is 30 or less.
A conductive thin film 4 having a desired pattern was formed to have a thickness of 0 μm (FIG. 4B).

【0161】以上の工程により基板1上に、素子電極
2、3、導電性薄膜4を形成した。
The device electrodes 2 and 3 and the conductive thin film 4 were formed on the substrate 1 by the above steps.

【0162】なお、全く同じ工程により、比較例1、2
の素子を作製した。
Note that, in exactly the same steps, Comparative Examples 1 and 2
Was manufactured.

【0163】工程−d 次に、図3の測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排
気し、1×10-6Paの真空度に達した後、素子に素子
電圧Vfを印加するための電源31より、素子の素子電
極2、3間に電圧を印加し、フォーミング処理を行い、
導電性薄膜に第一の間隙部7を形成した。フォーミング
処理の電圧波形は図5の(b)に示したものである(図
4(c)、図6(a))。
Step-d Next, the apparatus was set in the measurement and evaluation apparatus shown in FIG. 3, evacuated by a vacuum pump, and after reaching a degree of vacuum of 1 × 10 −6 Pa, a power supply for applying an element voltage Vf to the element. From 31, a voltage is applied between the device electrodes 2 and 3 of the device to perform a forming process,
The first gap 7 was formed in the conductive thin film. The voltage waveform of the forming process is shown in FIG. 5B (FIGS. 4C and 6A).

【0164】図5の(b)中、T1及びT2は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではT1を1
msec、T2を16.7msecとし、矩形波の波高
値は0.1Vステップで昇圧し、フォーミング処理を行
った。また、フォーミング処理中は、同時に、0.1V
の電圧で、フォーミング用パルスの間に抵抗測定パルス
を挿入し、抵抗を測定した。尚フォーミング処理の終了
は、抵抗測定パルスでの測定値が、約1MΩ以上になっ
た時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了した。
尚、フォーミングで印加した最大電圧値は約5Vであっ
た。
In FIG. 5 (b), T1 and T2 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform, and in this embodiment, T1 is 1
msec, T2 was set to 16.7 msec, the peak value of the rectangular wave was raised in 0.1 V steps, and the forming process was performed. Also, during the forming process, at the same time, 0.1 V
At a voltage of, a resistance measurement pulse was inserted between the forming pulses, and the resistance was measured. The forming process was terminated when the value measured by the resistance measurement pulse became about 1 MΩ or more, and at the same time, the application of the voltage to the element was terminated.
The maximum voltage applied during the forming was about 5V.

【0165】工程−e 続いて、活性化工程を行うために、トルニトリルをスロ
ーリークバルブを通して真空装置内に導入し、1.3×
10の-4Paを維持した。次にフォーミング処理した素
子に、素子電極2、3を介して図7(b)に示した様な
活性化電圧波形を繰り返し印加する。具体的には、素子
電極2を0Vとし、素子電極3に、T3=1msecパルス
幅の正の矩形波を印加後、同じパルス幅の負の矩形波を
印加し、これをT4=10msecの周期で繰り返し印加す
る。またその時印加するパルスの波高値の絶対値を図7
(a)で示したように6Vから15Vまで一定のレート
で昇圧し、その後15Vで維持し、活性化処理をした。
このとき、素子電極3に与える電圧を正としており、素
子電流Ifは、素子電極3から2へ流れる方向が正であ
る。約60分後に図19の領域IIに入ったのを確認し
た後通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化
処理を終了した。
Step-e Subsequently, to perform the activation step, tolunitrile was introduced into the vacuum apparatus through a slow leak valve, and 1.3 ×
A -4 Pa of 10 was maintained. Next, an activation voltage waveform as shown in FIG. 7B is repeatedly applied to the formed element through the element electrodes 2 and 3. Specifically, the element electrode 2 is set to 0 V, a positive rectangular wave having a pulse width of T3 = 1 msec is applied to the element electrode 3, and then a negative rectangular wave having the same pulse width is applied thereto. Is applied repeatedly. FIG. 7 shows the absolute value of the peak value of the pulse applied at that time.
As shown in (a), the voltage was raised at a constant rate from 6 V to 15 V, and then maintained at 15 V to perform an activation process.
At this time, the voltage applied to the device electrode 3 is positive, and the direction of the device current If flowing from the device electrode 3 to the device electrode 2 is positive. About 60 minutes later, after it was confirmed that the vehicle had entered the region II in FIG. 19, the power supply was stopped, the slow leak valve was closed, and the activation process was completed.

【0166】一方、本実施例の素子と同一のフォーミン
グ工程を行った比較例1、2の素子に、下記の条件で活
性化工程を施した。
On the other hand, the devices of Comparative Examples 1 and 2 which were subjected to the same forming step as the device of this example were subjected to an activation process under the following conditions.

【0167】比較例1の素子:トルニトリルの導入分圧
を1.3×10の-2Paとした以外は本実施例の素子と
同様 比較例2の素子:トルニトリルの導入分圧を1.3×1
0の-6Paとした以外は本実施例の素子と同様 工程−f 続いて、安定化工程を行う。真空装置及び電子放出素子
をヒーターにより加熱して約250℃に維持しながら真
空装置内の排気を続けた。20時間後、ヒーターによる
加熱をやめ、室温に戻したところ真空装置内の圧力は1
×10の-8Pa程度に達した。
Element of Comparative Example 1 Same as the element of this example except that the partial pressure of tolunitrile was 1.3 × 10 −2 Pa. Element of Comparative Example 2: The partial pressure of tolunitrile was 1.3 ×. 1
Step-f Subsequently, a stabilization step is performed as in the device of this example except that the pressure was set to -6 Pa of 0. While the vacuum device and the electron-emitting device were heated by the heater and maintained at about 250 ° C., the evacuation of the vacuum device was continued. After 20 hours, the heating by the heater was stopped and the temperature was returned to room temperature.
It reached about -8 Pa of × 10.

【0168】続いて、電子放出特性の測定を行った。Subsequently, the electron emission characteristics were measured.

【0169】アノード電極34と電子放出素子の間の距
離Hを4mmとし、高圧電源33によりアノード電極3
4に1kVの電位を与えた。この状態で、電源31を用
いて素子電極2、3の間に波高値15Vの矩形パルス電
圧を印加して、電流計30及び電流計32により、本実
施例の素子及び比較例の素子の素子電流Ifおよび放出
電流Ieをそれぞれ測定した。本実施例の素子は、比較
例1と素子電流Ifはほぼ同じであったが、放出電流I
eは比較例1に比べ大きい値を示し、効率が良い素子が
得られた。また、比較例2の素子では素子電流Ifが極
端に低くなり十分な放出電流Ieを得ることが出来なか
った。
The distance H between the anode 34 and the electron-emitting device was 4 mm, and the anode 3
4 was given a potential of 1 kV. In this state, a rectangular pulse voltage having a peak value of 15 V is applied between the device electrodes 2 and 3 using the power supply 31, and the current of the device of the present example and the device of the comparative example are measured by the ammeter 30 and the ammeter 32. The current If and the emission current Ie were measured, respectively. In the device of this example, the device current If was almost the same as that of Comparative Example 1, but the emission current I
e shows a value larger than that of Comparative Example 1, and an element having good efficiency was obtained. In the device of Comparative Example 2, the device current If was extremely low, and a sufficient emission current Ie could not be obtained.

【0170】この結果から、本実施例の素子は、比較例
の素子と比較して、放出電流Ieが大きく、かつ電子放
出効率ηが優れていることがわかった。
From these results, it was found that the device of this example had a larger emission current Ie and an excellent electron emission efficiency η as compared with the device of the comparative example.

【0171】また、上記工程で作製した本実施例の素
子、及び比較例の素子について、走査型トンネル顕微鏡
(STM)観測、原子間力顕微鏡(AFM)観察および
透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行った。
For the device of the present example and the device of the comparative example manufactured in the above steps, observation by a scanning tunneling microscope (STM), observation by an atomic force microscope (AFM) and observation by a transmission electron microscope (TEM) were performed. went.

【0172】まず、走査型トンネル顕微鏡を用い、上述
したように作成した素子に電子放出させる場合より低い
電圧を印加しながら、電子放出部付近の炭素を有する膜
の電位分布を観測した。その結果、炭素を有する膜の電
位は、どの素子についても間隙部から離れるに従い高く
なるが、本実施例の素子においては、間隙部近傍での電
位上昇は少なく、間隙部から離れるに従ってその電位上
昇率が上がっていることが判明した。すなわち本実施例
の素子は、図2(c)で示したように、間隙部に向っ
て、炭素を有する膜の導電率が高くなっていた。それゆ
えに、電子放出部近傍の電位分布変化、具体的には、電
位上昇が抑制され、その結果その間隙部を境にして、電
子放出素子の駆動時に、より高い電圧が印加される側の
炭素を有する膜または導電性薄膜あるいは素子電極に落
下し吸収され素子電流(If)の一部となる電子の量が
減少する一方で、アノード電極へ到達する電子の量(放
出電流Ie)が増えていると、我々は考えている。
First, the potential distribution of the carbon-containing film near the electron-emitting portion was observed using a scanning tunneling microscope while applying a voltage lower than that for emitting electrons to the device fabricated as described above. As a result, the potential of the carbon-containing film increases as the distance from the gap increases in any element, but in the element of this embodiment, the potential rise near the gap is small, and the potential increases as the distance from the gap increases. The rate was found to be rising. That is, in the device of this example, as shown in FIG. 2C, the conductivity of the film containing carbon was increased toward the gap. Therefore, a change in the potential distribution near the electron emitting portion, specifically, a rise in the potential is suppressed. As a result, the carbon on the side to which a higher voltage is applied when the electron emitting element is driven, with the gap as a boundary. The amount of electrons that fall on the film or the conductive thin film or the device electrode having the above and are absorbed and become a part of the device current (If) decreases, while the amount of electrons reaching the anode electrode (emission current Ie) increases. We think that there is.

【0173】次に、原子間力顕微鏡を用い、素子の電子
放出部5を含む平面の形状観察を行った。本実施例の素
子の形状は、図2(a)に示した平面形状と同様のもの
であった。すなわち、導電性薄膜4に形成された間隙部
7の両側に堆積物21、22が観測された。また、原子
間力顕微鏡より得られた高さ情報から、堆積物の最も高
い部分での高さは導電性薄膜4の表面より約80nm高
い位置にあり、その高さの堆積物は、幅500nm程度
の帯状の形状を有していた。一方、比較例1の素子にお
いても本実施例の素子と同様に、導電性薄膜4に形成さ
れた間隙部の両側に堆積物が観測されたが、堆積物の高
さはほぼ一様であり、本実施例の素子のような帯状の形
状は見られなかった。また、比較例2の素子を観察した
ところ、導電性薄膜4に形成された間隙部の両側に堆積
物が有る場所と無い場所が点在していた。
Next, the shape of the plane including the electron-emitting portion 5 of the device was observed using an atomic force microscope. The shape of the element of this example was similar to the planar shape shown in FIG. That is, the deposits 21 and 22 were observed on both sides of the gap 7 formed in the conductive thin film 4. Also, from the height information obtained from the atomic force microscope, the height at the highest part of the deposit is about 80 nm higher than the surface of the conductive thin film 4, and the deposit at that height has a width of 500 nm. It had a band-like shape of a degree. On the other hand, in the device of Comparative Example 1, deposits were observed on both sides of the gap formed in the conductive thin film 4 as in the device of the present example, but the height of the deposits was almost uniform. However, a belt-like shape like the element of this example was not observed. Further, when the device of Comparative Example 2 was observed, places where deposits existed and places where no deposits exist were found on both sides of the gap formed in the conductive thin film 4.

【0174】次に、それぞれの素子の堆積物を含む断面
の透過型電子顕微鏡観察を行った。
Next, a cross section including a deposit of each element was observed with a transmission electron microscope.

【0175】その結果、本実施例の素子の間隙部8の近
傍の堆積物は、図2(b)に示した形状と同様であり、
堆積物21、22に相当する部分の高さは約80nmで
あった。尚、堆積物21は、図1の素子電極2に導電性
薄膜4を介して接続しており、堆積物22は、図1の素
子電極3に導電性薄膜4を介して接続している。又、導
電性膜4上にも炭素を有する膜が堆積しており、その高
さは約20nmであった。さらに厚さD1に対応する部
分の厚さを測定したところ約25nmであった。
As a result, the deposit near the gap 8 of the device of this embodiment has the same shape as that shown in FIG.
The height of the portion corresponding to the deposits 21 and 22 was about 80 nm. The deposit 21 is connected to the device electrode 2 of FIG. 1 via the conductive thin film 4, and the deposit 22 is connected to the device electrode 3 of FIG. 1 via the conductive thin film 4. A film containing carbon was also deposited on the conductive film 4, and its height was about 20 nm. Further, when the thickness of the portion corresponding to the thickness D1 was measured, it was about 25 nm.

【0176】基板変質部(凹部)の深さは、約30nm
であり、変質部にも炭素原子の存在を確認した。中心部
には、空洞が観察された。
The depth of the degenerated portion (concave portion) of the substrate is about 30 nm.
The presence of carbon atoms was also confirmed in the altered part. A cavity was observed in the center.

【0177】一方、比較例1の素子の堆積物は、導電性
薄膜に形成された間隙部全体を厚く堆積物が覆ってお
り、図2(b)に示したような形状は観測されなかっ
た。
On the other hand, the deposit of the device of Comparative Example 1 had a large thickness covering the entire gap formed in the conductive thin film, and the shape as shown in FIG. 2B was not observed. .

【0178】さらに、比較例2の素子では、堆積物の堆
積量が少ないため、詳細な形状は分からなかった。
Further, in the device of Comparative Example 2, the detailed shape was not known because the amount of the deposit was small.

【0179】最後に、本実施例の素子の導電性薄膜に形
成された間隙部近傍の堆積物を、電子プローブマイクロ
アナリシス(EPMA)およびX線光電子分光(XP
S)、さらにはオージェ電子分光によって元素分析し、
該堆積物が炭素を主成分としてなることを確認した。
Finally, deposits formed in the vicinity of the gap formed on the conductive thin film of the device of this example were subjected to electron probe microanalysis (EPMA) and X-ray photoelectron spectroscopy (XP).
S), and elemental analysis by Auger electron spectroscopy,
It was confirmed that the deposit mainly consisted of carbon.

【0180】これらの観察結果から、本実施例の素子で
は、堆積した堆積物21、22はグラファイト状の炭素
を主成分とした炭素を有する膜であり、基板変質部23
にも炭素が存在し、中心部は空洞があり、図2(b)に
示した形状と同様の形状を有することから、放出電流I
eが大きく、放出効率ηの高い良好な電子放出が得られ
た。また、実施例1及び比較例1、2の素子を同一時間
駆動したところ、本実施例の素子に比べ、比較例の素子
は電子放出特性の劣化が早く見られ、比較例の一部の素
子は放電によると見られる急激な素子特性の劣化が見ら
れたが、本実施例の素子は、劣化も少なく、安定な特性
が得られた。
From these observation results, in the device of this example, the deposited deposits 21 and 22 are films having carbon as a main component and are in the form of graphite.
Also has carbon, has a cavity in the center, and has a shape similar to the shape shown in FIG.
Good electron emission with large e and high emission efficiency η was obtained. When the devices of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were driven for the same period of time, the device of Comparative Example showed faster deterioration of the electron emission characteristics than the device of this Example. Although rapid deterioration of device characteristics was observed due to electric discharge, the device of this example showed little deterioration and stable characteristics.

【0181】(実施例2)本実施例では、工程−dま
で、実施例の1と同様の工程を行った。基板1として
は、コーニング製7059基板を用いた。
Example 2 In this example, the same steps as in Example 1 were performed up to Step-d. As the substrate 1, a Corning 7059 substrate was used.

【0182】工程−e 続いて、活性化工程を行うために、ベンゾニトリルをス
ローリークバブルを通して真空装置内に導入し、1.3
×10の−4Paを維持した。次にフォーミング処理し
た素子に、実施例1と同様に図7(a),(b)に示し
た波形で6Vから15Vに昇圧し、波高値の絶対値が1
5Vになった時点で電圧値を維持して活性化処理した。
このとき、間隙部を中心として近傍にレーザー光を照射
しながら活性化処理を進め、また、素子電極3に与える
電圧を正としており、素子電極2には0Vを印加した。
素子電流Ifは、素子電極3から2へ流れる方向が正で
ある。約50分後に印加電圧が15Vの一定電位であ
り、素子電流が図19に示した領域IIに入った事を確
認した上で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、
活性化処理を終了した。
Step-e Subsequently, in order to perform an activation step, benzonitrile was introduced into the vacuum apparatus through a slow leak bubble, and 1.3 was introduced.
× 10−4 Pa was maintained. Next, the formed element was boosted from 6 V to 15 V with the waveforms shown in FIGS. 7A and 7B, and the absolute value of the peak value was 1 as in the first embodiment.
When the voltage reached 5 V, the activation process was performed while maintaining the voltage value.
At this time, the activation process was performed while irradiating the laser light to the vicinity of the gap center, and the voltage applied to the device electrode 3 was positive, and 0 V was applied to the device electrode 2.
The element current If flows from the element electrodes 3 to 2 in a positive direction. After about 50 minutes, it was confirmed that the applied voltage was at a constant potential of 15 V, the device current was in the region II shown in FIG. 19, and then the energization was stopped, and the slow leak valve was closed.
Activation processing has been completed.

【0183】一方、本実施例の素子と同一のフォーミン
グ工程を行った比較例3、4の素子に、下記の条件で活
性化工程を施した。
On the other hand, the devices of Comparative Examples 3 and 4 which were subjected to the same forming step as the device of this example were subjected to an activation process under the following conditions.

【0184】比較例3の素子:ベンゾニトリルの導入分
圧を1.3×10の−2Paとした以外は本実施例の素
子と同様 比較例4の素子:ベンゾニトリルの導入分圧を1.3×
10の−6Paとした以外は本実施例の素子と同様 工程−f 続いて、安定化工程を行う。真空装置及び電子放出素子
をヒーターにより加熱して約250℃に維持しながら真
空装置内の排気を続けた。20時間後、ヒーターによる
加熱をやめ、室温に戻したところ真空装置内の圧力は1
×10の-8Pa程度に達した。
Element of Comparative Example 3 Same as the element of this example except that the partial pressure of benzonitrile was changed to 1.3 × 10 −2 Pa. Element of Comparative Example 4: The partial pressure of benzonitrile was 1. 3x
Step-f Subsequently, a stabilization step is performed. While the vacuum device and the electron-emitting device were heated by the heater and maintained at about 250 ° C., the evacuation of the vacuum device was continued. After 20 hours, the heating by the heater was stopped and the temperature was returned to room temperature.
It reached about -8 Pa of × 10.

【0185】続いて、電子放出特性の測定を行った。Subsequently, the electron emission characteristics were measured.

【0186】アノード電極34と電子放出素子の間で距
離Hを4mmとし、高圧電源33によりアノード電極3
4に1kVの電位を与えた。この状態で、電源31を用
いて素子電極2、3の間に波高値15Vの矩形パルス電
圧を素子電極2を0V、素子電極3を15Vとして印加
して、電流計30及び電流計32により、本実施例の素
子及び比較例の素子の素子電流Ifおよび放出電流Ie
をそれぞれ測定した。
The distance H between the anode electrode 34 and the electron-emitting device was set to 4 mm, and the anode electrode 3 was
4 was given a potential of 1 kV. In this state, a rectangular pulse voltage having a peak value of 15 V is applied between the device electrodes 2 and 3 using the power source 31 at 0 V for the device electrode 2 and 15 V for the device electrode 3. Device current If and emission current Ie of the device of the present example and the device of the comparative example
Was measured respectively.

【0187】本実施例の素子は、比較例1と素子電流I
fはほぼ同じであったが、放出電流Ieは比較例1に比
べ大きい値を示し、効率が良い素子が得られた。また、
比較例2の素子では素子電流Ifが極端に低くなり十分
な放出電流Ieを得ることが出来なかった。
The device of this example is different from the device of Comparative Example 1 in the device current I
Although f was almost the same, the emission current Ie showed a larger value than that of Comparative Example 1, and an element having high efficiency was obtained. Also,
In the device of Comparative Example 2, the device current If was extremely low, and a sufficient emission current Ie could not be obtained.

【0188】この結果から、本実施例の素子は、比較例
の素子と比較して、放出電流Ieが大きく、かつ電子放
出効率ηが優れていることがわかった。また、上記工程
で作製した本実施例の素子について、実施例1と同様
に、走査型顕微鏡(STM)観測、原子間力顕微鏡(A
FM)観察および透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行
ったところ、本実施例の素子における電子放出部付近の
炭素を有する膜の導電率は図20(b)で示したように
間隙部に向って高くなっており、また膜の形状は、図2
0(a)に示した形状と同様の堆積物21、22を有し
ていた。本実施例の素子では、図2(b)における堆積
物21・22に相当する部分の高さは約10nmであっ
た。また、基板変質部の深さは、40nmで中央に空洞
が観察された。次にTEM中でプローブを絞り、エネル
ギー分散型X線分光法(EDS:Energy Dis
persive X−Ray Spectroscop
y)で基板変質部23の元素分析を行った。基板変質部
23と同等の深さの導電性膜4の下、基板部(未変質
部)と比較したところ、基板中のBa、Alの比率は、
変化していなかったが、Ba、Alそれぞれに対してS
iが減少していることがわかった。また、基板変質部の
空洞である凹部表面に炭素が検出された。
From the results, it was found that the device of this example had a larger emission current Ie and an excellent electron emission efficiency η as compared with the device of the comparative example. In the same manner as in Example 1, the device of this example manufactured in the above steps was observed with a scanning microscope (STM) and an atomic force microscope (A).
As a result of observation by FM) and transmission electron microscope (TEM), the conductivity of the film having carbon in the vicinity of the electron-emitting portion in the device of this example was directed toward the gap as shown in FIG. And the shape of the membrane is
The deposits 21 and 22 had the same shape as the shape shown in FIG. In the device of this example, the height of the portion corresponding to the deposits 21 and 22 in FIG. 2B was about 10 nm. Further, the depth of the altered portion of the substrate was 40 nm, and a cavity was observed at the center. Next, the probe is squeezed in a TEM, and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS: Energy Dis
persive X-Ray Spectroscop
In y), the elemental analysis of the deteriorated portion 23 of the substrate was performed. Under the conductive film 4 having the same depth as the deteriorated portion 23 of the substrate, when compared with the substrate portion (unchanged portion), the ratio of Ba and Al in the substrate is:
Although it did not change, S for each of Ba and Al
It was found that i decreased. In addition, carbon was detected on the surface of the concave portion, which is a cavity of the deteriorated substrate.

【0189】最後に、本実施例の素子の間隙部8近傍の
堆積物を、EDS及びX線光電子分光(XPS)、さら
にはオージェ電子分光によって元素分析し、該堆積物が
炭素を主成分としてなる炭素を有する膜であることを確
認した。
Finally, the deposit near the gap 8 of the device of this embodiment is subjected to elemental analysis by EDS, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Auger electron spectroscopy. It was confirmed that the film had carbon.

【0190】これらの観察結果から、本実施例の素子に
おいても、堆積物21、22はグラファイト状の炭素を
主成分としたものであり、図2(b)に示した形状と同
様の形状を有する。また、基板変質部23は、炭素を含
み、Siが消費された空洞構造を持つことがわかった。
これらのことから、放出効率ηの高い良好な電子放出が
得られた。また、本実施例の素子及び比較例3、4の素
子を同一条件で同一時間駆動したところ、比較例の素子
は、本実施例の素子に比べ、特性の劣化が早くまた、放
電と見られる現象が観察されたが、本実施例の素子は特
性が非常に安定であった。
From these observation results, also in the device of this embodiment, the deposits 21 and 22 are mainly composed of graphite-like carbon, and have the same shape as that shown in FIG. Have. In addition, it was found that the deteriorated substrate 23 had a hollow structure containing carbon and consuming Si.
From these, good electron emission with high emission efficiency η was obtained. In addition, when the device of this example and the devices of Comparative Examples 3 and 4 were driven under the same conditions for the same time, the device of the comparative example was found to have faster deterioration of characteristics and discharge than the device of this example. Although a phenomenon was observed, the device of this example had very stable characteristics.

【0191】尚、工程−eにおいて、レーザー光の照射
を堆積物21、22の形成の初期段階においては行わ
ず、ある程度の大きさに堆積物21、22が成長した後
に開始することや、成長に合わせて照射強度を変化させ
ることにより、導電率の変化をより適宜なものに設定す
ることが可能である。
In step e, laser light irradiation is not performed in the initial stage of formation of the deposits 21 and 22, and is started after the deposits 21 and 22 have grown to a certain size. By changing the irradiation intensity in accordance with, it is possible to set the change in the conductivity to a more appropriate one.

【0192】(実施例3)本実施例は、多数の表面伝導
電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用いた
画像形成装置の例である。
(Embodiment 3) This embodiment is an example of an image forming apparatus using an electron source in which a large number of surface conduction electron-emitting devices are arranged in a simple matrix.

【0193】電子源の一部の平面図を図13に示す。ま
た、図中のA−A′断面図を図14に示す。但し図1
3、図14で、同じ記号を示したものは、同じものを示
す。ここで101は基板、102は図9のDXmに対応
するX方向配線(下配線とも呼ぶ)、103は図9のD
Ynに対応するY方向配線(上配線とも呼ぶ)、4は導
電性薄膜、2、3は素子電極、171は層間絶縁層、1
72は素子電極2と下配線102と電気的接続のための
コンタクトホールである。
FIG. 13 is a plan view of a part of the electron source. FIG. 14 is a sectional view taken along the line AA ′ in the figure. However, FIG.
3. In FIG. 14, the same symbols indicate the same components. Here, 101 is a substrate, 102 is an X-direction wiring (also referred to as a lower wiring) corresponding to DXm in FIG. 9, and 103 is a D in FIG.
Y direction wiring corresponding to Yn (also referred to as upper wiring), 4 is a conductive thin film, 2, 3 is an element electrode, 171 is an interlayer insulating layer,
Reference numeral 72 denotes a contact hole for electrical connection between the element electrode 2 and the lower wiring 102.

【0194】次に製造方法を図15、図16により工程
順に従って具体的に説明する。
Next, the manufacturing method will be specifically described with reference to FIGS.

【0195】工程−a 清浄化した青板ガラス上に厚さ0.5mmのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板1上に、真空蒸着によ
り厚さ5nmのCr、厚さ0.6mmのAuを順次積層
した後、ホトレジスト(AZ1370ヘキスト社製)を
スピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホトマスク
像を露光、現像して、下配線102のレジストパターン
を形成し、Au/Cr堆積膜をウエットエッチングし
て、所望の形状の下配線102を形成する(図15
(a))。
Step-a On a substrate 1 in which a 0.5 mm thick silicon oxide film was formed on a cleaned blue sheet glass by a sputtering method, 5 nm thick Cr and 0.6 mm thick Au were deposited by vacuum evaporation. After sequentially laminating, a photoresist (manufactured by Hoechst AZ1370) is spin-coated with a spinner and baked, then a photomask image is exposed and developed to form a resist pattern of the lower wiring 102, and the Au / Cr deposited film is wet-etched. To form the lower wiring 102 having a desired shape (FIG. 15).
(A)).

【0196】工程−b 次に厚さ1.0μmのシリコン酸化膜からなる層間絶縁
層171をRFスパッタ法により堆積する(図15の
(b))。
Step-b Next, an interlayer insulating layer 171 made of a silicon oxide film having a thickness of 1.0 μm is deposited by RF sputtering (FIG. 15B).

【0197】工程−c 工程−bで堆積した層間絶縁層171にコンタクトホー
ル172を形成するためのホトレジストパターンを作
り、これをマスクとして層間絶縁層171をエッチング
してコンタクトホール172を形成する(図15の
(c))。
Step-c A photoresist pattern for forming a contact hole 172 is formed in the interlayer insulating layer 171 deposited in the step-b, and the interlayer insulating layer 171 is etched using the photoresist pattern as a mask to form a contact hole 172 (FIG. 15 (c)).

【0198】工程−d その後、素子電極2と素子電極間ギャップLとなるべき
パターンをホトレジスト(RD−2000N−41 日
立化成社製)で形成し、スパッタ法により、厚さ5nm
のTi、厚さ0.1mmのPtを順次堆積した。ホトレ
ジストパターンを有機溶剤で溶解し、Pt/Ti堆積膜
をリフトオフし、素子電極間隔L=3mm、素子電極の
幅W=0.3mmを有する素子電極2,3を形成した
(図15の(d))。
Step-d After that, a pattern to be a gap L between the device electrode 2 and the device electrode is formed by a photoresist (RD-2000N-41 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), and a thickness of 5 nm is formed by a sputtering method.
Of Ti and Pt having a thickness of 0.1 mm were sequentially deposited. The photoresist pattern was dissolved in an organic solvent, and the Pt / Ti deposited film was lifted off to form device electrodes 2 and 3 having a device electrode interval L = 3 mm and a device electrode width W = 0.3 mm (FIG. 15 (d) )).

【0199】工程−e 素子電極2,3の上に上配線103のホトレジストパタ
ーンを形成した後、厚さ5nmのTi、厚さ0.5mm
のAuを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより
不要の部分を除去して、所望の形状の上配線103を形
成した(図16の(a))。
Step-e After forming a photoresist pattern of the upper wiring 103 on the device electrodes 2 and 3, Ti having a thickness of 5 nm and a thickness of 0.5 mm
Are sequentially deposited by vacuum evaporation, and unnecessary portions are removed by lift-off to form an upper wiring 103 having a desired shape (FIG. 16A).

【0200】工程−f 膜厚0.1mmのCr膜191を真空蒸着により堆積・
パターニングし、その上に有機パラジウム化合物溶液
(ccp4230奥野製薬(株)社製)をスピンナーに
より回転塗布、300℃で10分間の加熱焼成処理をし
た(図16の(b))。また、こうして形成された主元
素としてPdよりなる微粒子からなる導電性薄膜4の膜
厚は10nm、シート抵抗値は2×104Ω/□であっ
た。
Step-f A Cr film 191 having a thickness of 0.1 mm is deposited by vacuum evaporation.
Patterning was performed, and an organic palladium compound solution (ccp4230 manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) was spin-coated thereon with a spinner and heated and baked at 300 ° C. for 10 minutes (FIG. 16B). The conductive thin film 4 made of fine particles of Pd as the main element thus formed had a thickness of 10 nm and a sheet resistance of 2 × 104Ω / □.

【0201】工程−g Cr膜191および焼成後の導電性薄膜4を酸エッチャ
ントによりエッチングしてリフトオフすることで所望の
パターンの導電性薄膜4を形成した(図16の
(c))。
Step-g The Cr film 191 and the baked conductive thin film 4 were etched off with an acid etchant and lifted off to form a conductive thin film 4 having a desired pattern (FIG. 16C).

【0202】工程−h コンタクトホール172部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ5nmの
Ti、厚さ0.5mmのAuを順次堆積した。リフトオ
フにより不要の部分を除去することにより、コンタクト
ホール172を埋め込んだ(図16の(d))。
Step-h A pattern was formed such that a resist was applied to portions other than the contact hole 172, and 5 nm thick Ti and 0.5 mm thick Au were sequentially deposited by vacuum evaporation. Unnecessary portions were removed by lift-off to bury the contact holes 172 (FIG. 16D).

【0203】以上の工程により絶縁性基板1上に下配線
102、層間絶縁層171、上配線103、素子電極
2,3、導電性薄膜4を形成した。
Through the above steps, the lower wiring 102, the interlayer insulating layer 171, the upper wiring 103, the device electrodes 2, 3, and the conductive thin film 4 were formed on the insulating substrate 1.

【0204】つぎに、以上のようにして作製した電子源
基板を用いて、電子源及び表示装置を構成した例を、図
10と図11を用いて説明する。
Next, an example in which an electron source and a display device are configured using the electron source substrate manufactured as described above will be described with reference to FIGS.

【0205】以上のようにして素子を作製した基板1を
リアプレート111上に固定した後、基板1の5mm上
方に、フェースプレート116(ガラス基板113の内
面に蛍光膜114とメタルバック115が形成されて構
成される)を支持枠112を介し配置し、フェースプレ
ート116、支持枠112、リアプレート111の接合
部にフリットガラスを塗布し、大気中で400℃で10
分焼成することで封着した。またリアプレート111へ
の基板1の固定もフリットガラスで行った。
After fixing the substrate 1 on which the element was manufactured as described above on the rear plate 111, a face plate 116 (a fluorescent film 114 and a metal back 115 were formed on the inner surface of the glass substrate 113) 5 mm above the substrate 1. Is arranged via a support frame 112, frit glass is applied to the joint between the face plate 116, the support frame 112, and the rear plate 111, and 10 f at 400 ° C. in the air.
It was sealed by baking for a minute. The fixing of the substrate 1 to the rear plate 111 was also performed using frit glass.

【0206】本実施例において図10の104は電子放
出部形成前の電子放出素子(例えば、図4の(b)に相
当する)であり、102,103はそれぞれX方向及び
Y方向の素子配線である。
In this embodiment, reference numeral 104 in FIG. 10 denotes an electron-emitting device (corresponding to, for example, FIG. 4B) before forming an electron-emitting portion, and reference numerals 102 and 103 denote device wirings in the X and Y directions, respectively. It is.

【0207】蛍光膜114は、モノクロームの場合は蛍
光体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ
形状を採用した。先にブラックストライプを形成し、そ
の間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜114を作製し
た。ブラックストライプの材料として通常良く用いられ
ている黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板1
13に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。
The fluorescent film 114 is made of only a phosphor in the case of monochrome, but in this embodiment, the phosphor has a stripe shape. First, a black stripe was formed, and a phosphor of each color was applied to the gap, thereby forming a phosphor film 114. As the material for the black stripe, a material mainly containing graphite, which is generally used, was used. Glass substrate 1
A slurry method was used to apply the phosphor to the substrate 13.

【0208】また、蛍光膜114の内面側には通常メタ
ルバック115が設けられる。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、Alを真空蒸着す
ることで作製した。
Further, a metal back 115 is usually provided on the inner surface side of the fluorescent film 114. The metal back was manufactured by performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the fluorescent film after the fluorescent film was manufactured, and then vacuum-depositing Al.

【0209】フェースプレート116には、更に蛍光膜
114の導電性を高めるため、蛍光膜114の外面側に
透明電極(不図示)が設けられる場合もあるが、本実施
例では、メタルバックのみで十分な導伝性が得られたの
で省略した。
In the face plate 116, a transparent electrode (not shown) may be provided on the outer surface side of the fluorescent film 114 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 114, but in this embodiment, only the metal back is used. Omitted because sufficient conductivity was obtained.

【0210】前述の封着を行う際、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なくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。
When the above-mentioned sealing was performed, in the case of color, the phosphors of each color and the electron-emitting device had to correspond to each other, so that sufficient alignment was performed.

【0211】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管(図示せず)を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、容器外端子Doxlない
しDoxmとDoylないしDoynを通じ電子放出素
子104の電極2,3間に電圧を印加し、導電性薄膜4
をフォーミング処理した。フォーミング処理の電圧波形
は、図5の(b)と同様である。フォーミングで印加し
た最大電圧は約5Vであった。
The atmosphere in the glass container completed as described above is evacuated by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown), and after reaching a sufficient degree of vacuum, external terminals Doxl to Doxm and Doyl to Doyn. A voltage is applied between the electrodes 2 and 3 of the electron-emitting device 104 through the
Was formed. The voltage waveform of the forming process is the same as that shown in FIG. The maximum voltage applied during the forming was about 5V.

【0212】本実施例ではT1を1msec、T2を1
0msecとし、約1.3×10-3Paの真空雰囲気下
で行った。
In this embodiment, T1 is 1 msec, and T2 is 1
The process was performed under a vacuum atmosphere of about 1.3.times.10@-3 Pa at 0 msec.

【0213】次に、パネル内の圧力が10-6Pa台に達
するまで排気を続けた後、パネルの排気管より、全圧が
1.3×10-4Paとなるようにトルニトリルをパネル
内に導入し、維持した。容器外端子DoxlないしDo
xmとDoylないしDoynを通じ電子放出素子10
4の電極2,3間に、図7と同様の波形で、6Vから電
圧を印加し始め、20Vまで昇圧し、その後20Vの一
定電圧で保持した。尚、素子電極2を0Vとし、素子電
極3に印加する電圧の最高値を20Vとして活性化処理
を行った。
Next, after evacuation was continued until the pressure in the panel reached the level of 10 −6 Pa, tolunitrile was introduced into the panel from the exhaust pipe of the panel such that the total pressure was 1.3 × 10 −4 Pa. And maintained. Terminal Doxl or Do outside the container
xm and the electron emitting device 10 through Doyl or Doyn
7, a voltage was started to be applied from 6 V with the same waveform as in FIG. 7, the voltage was increased to 20 V, and then maintained at a constant voltage of 20 V. The activation process was performed by setting the element electrode 2 to 0 V and setting the maximum value of the voltage applied to the element electrode 3 to 20 V.

【0214】このように、フォーミング、活性化処理を
行い、電子放出素子104を作製した。又、活性化の終
了は実施例1、2と同様に、印加電圧が一定(20V)
であり、素子電流が図19における領域IIに相当する
事を確認した上で行った。
As described above, the electron-emitting device 104 was manufactured by performing the forming and the activation processes. The termination of the activation is the same as in the first and second embodiments when the applied voltage is constant (20 V).
This was performed after confirming that the element current corresponded to the region II in FIG.

【0215】次にパネル全体を250℃に加熱しながら
排気し、室温まで降温して内部を10-7Pa程度の圧力
とした後、不図示の排気管をガスバーナーで熱すること
で溶着し外囲器の封止を行った。
Next, the entire panel was evacuated while being heated to 250 ° C., and the temperature was lowered to room temperature to set the inside to a pressure of about 10 −7 Pa. The enclosure was sealed.

【0216】最後に封止後の圧力を維持するために、高
周波加熱法でゲッター処理を行った。
Finally, in order to maintain the pressure after sealing, a getter treatment was performed by a high-frequency heating method.

【0217】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Doxl
ないしDoxm、DoylないしDoynを通じ、走査
信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞ
れ、印加することにより、電子放出させ、高圧端子11
7を通じ、メタルバック115、あるいは透明電極(不
図示)に5kV以上の高圧を印加し、電子ビームを加速
し、蛍光膜114に衝突させ、励起・発光させることで
画像を表示した。
In the image display device of the present invention completed as described above, each of the electron-emitting devices has a terminal Doxl outside the container.
Through Doxm and Doyl through Doyn, respectively, to apply a scanning signal and a modulation signal from a signal generating means (not shown), thereby causing electrons to be emitted.
7, a high voltage of 5 kV or more was applied to the metal back 115 or the transparent electrode (not shown) to accelerate the electron beam, collide with the fluorescent film 114, and excite and emit light to display an image.

【0218】本実施例における画像表示装置は、高輝度
で長時間にわたり安定で良好な画像を表示することがで
きた。
The image display device of this example was able to display a stable and good image with high luminance for a long time.

【0219】(実施例4)本実施例では、テレビジョン
放送をはじめとする種々の画像情報源より提供される画
像情報を表示できるように構成した表示装置の一例を示
す。図10に示した画像形成装置を図12に示した駆動
回路を用いて、NTSC方式のテレビ信号に応じて表示
を行った。
Embodiment 4 In this embodiment, an example of a display device configured to display image information provided from various image information sources such as television broadcasting will be described. Display was performed on the image forming apparatus shown in FIG. 10 using the driving circuit shown in FIG. 12 according to an NTSC television signal.

【0220】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの
薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくするこ
とができる。それに加えて、表示伝導型放出素子を電子
ビーム源とするディプレイパネルは大画面化が容易で輝
度が高く視野角特性にも優れるため、本表示装置は臨場
感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表示する事が
可能である。
In the present display device, the depth of the display device can be reduced because the thickness of the display panel using the surface conduction electron-emitting device as an electron beam source can be easily reduced. In addition, the display panel using the display conduction type electron-emitting device as the electron beam source is easy to enlarge the screen, has high brightness, and has excellent viewing angle characteristics. It is possible to display with good visibility.

【0221】本実施例における表示装置は、NTSC方
式のテレビ信号に応じたテレビ画像を良好に、かつ安定
して表示することができた。
The display device in this example was able to display a television image according to the NTSC television signal in a good and stable manner.

【0222】[0222]

【発明の効果】上記のように説明された本発明による
と、炭素を有する膜の導電率が第一の間隙部に向かって
高くなることから、電子放出部付近の電位分布変化が少
なくなり、このため第一の間隙部を境にして、電子放出
素子の駆動時に、より高い電圧が印加される側の炭素を
有する膜または導電性薄膜あるいは素子電極に落下し吸
収され素子電流の一部となる電子の量が減少する一方
で、放出電流が増加し、電子放出効率が向上する。
According to the present invention described above, the conductivity of the carbon-containing film increases toward the first gap, so that the change in the potential distribution near the electron-emitting portion is reduced. Therefore, at the time of driving the electron-emitting device with the first gap as a boundary, the electron-emitting device falls and is absorbed by a film or a conductive thin film or a device electrode having carbon on the side to which a higher voltage is applied, and a part of the device current is absorbed. While the amount of electrons decreases, the emission current increases and the electron emission efficiency improves.

【0223】また、第一の間隙部内の基板に凹部を有す
るため、その凹部の深さに依存して、間隙部を挟んで対
向した炭素を有する膜間の沿面距離が増えたため、素子
電流が抑制された高効率な素子が得られると同時に、前
記した炭素を有する膜間にかかる強電界下でも、上記間
隙部間の放電現象によると見られる特性の劣化が抑制さ
れた安定な素子が得られた。
Further, since the substrate in the first gap portion has a concave portion, the creepage distance between the films having carbon opposed to each other with the gap portion increased depending on the depth of the concave portion. At the same time, a high-efficiency element that is suppressed can be obtained, and even under a strong electric field applied between the above-described films having carbon, a stable element can be obtained in which the deterioration of characteristics that is considered to be caused by the discharge phenomenon between the gaps is suppressed. Was done.

【0224】さらに、第一の間隙部間に露出した基体の
表面は、放出された電子の照射にさらされると推測され
るが、本発明の素子では、少なくとも、上記間隙部内に
露出した基板の凹部表面に炭素を有しているため、この
電子が照射されることに起因する基板凹部表面の帯電減
少によるとみられる素子特性の変動や劣化が抑制され、
長時間にわたり電子放出特性の安定な素子が得られた。
Further, it is assumed that the surface of the substrate exposed between the first gaps is exposed to the irradiation of the emitted electrons. In the device of the present invention, at least the surface of the substrate exposed in the gaps is exposed. Since carbon is present on the surface of the concave portion, fluctuations and deterioration of device characteristics, which are considered to be due to a decrease in charge on the surface of the concave portion of the substrate due to irradiation of the electrons, are suppressed,
A device having stable electron emission characteristics for a long time was obtained.

【0225】さらには、本発明の効率の高く、特性が長
時間に渡り安定な素子を用いた電子源あるいは画像形成
装置においては、多数の電子放出素子を配列しても非常
に安定であり、特に蛍光体を用いた画像表示装置では、
輝度が高く、長時間安定で消費電力の低い画像表示装置
が得られた。
Furthermore, in an electron source or an image forming apparatus using a device having high efficiency and stable characteristics over a long period of time, the present invention is very stable even if a large number of electron-emitting devices are arranged. Particularly in an image display device using a phosphor,
An image display device with high brightness, stable for a long time and low power consumption was obtained.

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

【図1】本発明の電子放出素子の模式図である。FIG. 1 is a schematic view of an electron-emitting device of the present invention.

【図2】本発明の電子放出部近傍の拡大模式図である。FIG. 2 is an enlarged schematic view of the vicinity of an electron emitting portion according to the present invention.

【図3】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a vacuum processing apparatus having a measurement evaluation function.

【図4】本発明の電子放出素子の製造工程の一部を示す
模式図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a part of the manufacturing process of the electron-emitting device of the present invention.

【図5】本発明の電子放出素子の製造工程の一部である
フォーミング工程に用いることのできる電圧波形の一例
を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a voltage waveform that can be used in a forming step which is a part of the manufacturing process of the electron-emitting device of the present invention.

【図6】本発明の電子放出素子の製造工程の一部である
活性化工程を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing an activation step which is a part of the manufacturing process of the electron-emitting device of the present invention.

【図7】本発明の電子放出素子の製造工程の一部である
活性化工程に用いることのできる電圧波形の一例を示す
模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a voltage waveform that can be used in an activation step which is a part of the manufacturing process of the electron-emitting device of the present invention.

【図8】本発明の電子放出素子の放出電流Ie、素子電
流Ifと素子電圧Vfとの関係を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing 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9】本発明の電子放出素子を単純マトリクス配置し
た電子源に適用した一例を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example in which the electron-emitting device of the present invention is applied to an electron source in which a simple matrix is arranged.

【図10】本発明の電子放出素子を画像形成装置に適用
した一例を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example in which the electron-emitting device of the present invention is applied to an image forming apparatus.

【図11】蛍光膜の一例を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of a fluorescent film.

【図12】本発明の電子放出素子を画像形成装置に適用
した際に、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ブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram of a driving circuit for performing display according to an NTSC television signal when the electron-emitting device of the present invention is applied to an image forming apparatus.

【図13】本発明の電子放出素子を単純マトリクス配置
した電子源に適用した一例を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example in which the electron-emitting device of the present invention is applied to an electron source in which a simple matrix is arranged.

【図14】図13の折れ線A−A′に沿った部分断面模
式図である。
FIG. 14 is a schematic partial cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【図15】本発明の実施例に係わる電子源の製造工程の
一部を説明するための模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a part of the manufacturing process of the electron source according to the embodiment of the present invention.

【図16】本発明の実施例に係わる電子源の製造工程の
一部を説明するための模式図である。
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a part of the manufacturing process of the electron source according to the embodiment of the present invention.

【図17】従来の電子放出素子の構成を示す模式図であ
る。
FIG. 17 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional electron-emitting device.

【図18】従来の別の電子放出素子の構成を示す模式図
である。
FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of another conventional electron-emitting device.

【図19】本発明の活性化工程中の素子電流の変化を示
す模式図である。
FIG. 19 is a schematic diagram showing a change in device current during an activation step of the present invention.

【図20】本発明の電子放出部近傍の拡大模式図であ
る。
FIG. 20 is an enlarged schematic view of the vicinity of an electron emitting portion according to the present invention.

【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 炭素あるいは炭素化合物 7 間隙部(第二の間隙部) 8 間隙部(第一の間隙部) 21,22 堆積物(炭素を有する膜) 23 凹部 30 電流計 31 電源 32 電流計 33 電圧電源 34 アノード電極 101 電子源基板 102 X方向配線 103 Y方向配線 104 電子放出素子 111 リアプレート 112 支持枠 113 ガラス基板 114 蛍光膜 115 メタルバック 116 フェースプレート 117 高圧端子 118 外囲器 121 黒色部材 122 蛍光体 131 表示パネル 132 走査回路 133 制御回路 134 シフトレジスタ 135 ラインメモリ 136 同期信号分離回路 137 変調信号発生器 Vx,Va 直流電源 171 層間絶縁層 172 コンタクトホール Reference Signs List 1 substrate 2, 3 device electrode 4 conductive thin film 5 electron emitting portion 6 carbon or carbon compound 7 gap portion (second gap portion) 8 gap portion (first gap portion) 21, 22 deposit (film containing carbon) ) 23 recess 30 ammeter 31 power supply 32 ammeter 33 voltage power supply 34 anode electrode 101 electron source substrate 102 X-direction wiring 103 Y-direction wiring 104 electron emission element 111 rear plate 112 support frame 113 glass substrate 114 fluorescent film 115 metal back 116 face Plate 117 High voltage terminal 118 Envelope 121 Black member 122 Phosphor 131 Display panel 132 Scan circuit 133 Control circuit 134 Shift register 135 Line memory 136 Synchronization signal separation circuit 137 Modulation signal generator Vx, Va DC power supply 171 Interlayer insulating layer 172 Contact hole

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体表面上に配した一対の電極と、 前記一対の電極とそれぞれ接続すると共に、第一の間隙
部により隔てられた一対の炭素を有する膜とを有し、 前記炭素を有する膜の導電率が、前記第一の間隙部に向
かって高くなることを特徴とする電子放出素子。
1. A semiconductor device comprising: a pair of electrodes disposed on a surface of a base; and a film having a pair of carbons connected to the pair of electrodes and separated by a first gap, respectively. An electron-emitting device, wherein the conductivity of the film increases toward the first gap.
【請求項2】 前記一対の炭素を有する膜は、前記一対
の電極間に配置された導電性薄膜を介して前記電極に電
気的に接続することを特徴とする請求項1に記載の電子
放出素子。
2. The electron emission device according to claim 1, wherein the film having a pair of carbons is electrically connected to the electrodes via a conductive thin film disposed between the pair of electrodes. element.
【請求項3】 前記導電性薄膜は前記一対の電極間に第
二の間隙部を有すると共に、前記第二の間隙部内に前記
一対の炭素を有する膜の第一の間隙部が配置されること
を特徴とする請求項2に記載の電子放出素子。
3. The conductive thin film has a second gap between the pair of electrodes, and a first gap of the pair of carbon-containing films is disposed in the second gap. 3. The electron-emitting device according to claim 2, wherein:
【請求項4】 前記一対の炭素を有する膜の第一の間隙
部は、前記基体表面に対して垂直方向におけるその最も
狭い部位が、該一対の炭素を有する膜の基体表面から離
れた端部に位置することを特徴とする請求項3に記載の
電子放出素子。
4. The first gap portion of the film having a pair of carbons has an end portion whose narrowest portion in a direction perpendicular to the surface of the substrate is away from the substrate surface of the film having a pair of carbons. The electron-emitting device according to claim 3, wherein
【請求項5】 前記基体は、前記第一の間隙部に凹部を
有し、 前記凹部表面に炭素を有することを特徴とする請求項4
に記載の電子放出素子。
5. The substrate according to claim 4, wherein the base has a concave portion in the first gap portion, and carbon has on a surface of the concave portion.
3. The electron-emitting device according to item 1.
【請求項6】 前記基体表面に対して垂直方向におい
て、前記第一の間隙部の最も狭い箇所を結ぶ延長線に存
在する前記一対の炭素を有する膜の厚みが、100nm
以下であることを特徴とする請求項4または5に記載の
電子放出素子。
6. A thickness of the film having a pair of carbons present in an extension line connecting a narrowest portion of the first gap in a direction perpendicular to the surface of the base, is 100 nm.
The electron-emitting device according to claim 4, wherein:
【請求項7】 前記一対の炭素を有する膜中の炭素が、
グラファイト状炭素であることを特徴とする請求項1乃
至6のいずれかに記載の電子放出素子。
7. The carbon in the film having a pair of carbons,
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the electron-emitting device is graphite-like carbon.
【請求項8】 前記導電性薄膜が、Pd微粒子膜からな
ることを特徴とする請求項2乃至7のいずれかに記載の
電子放出素子。
8. The electron-emitting device according to claim 2, wherein said conductive thin film is made of a Pd fine particle film.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかに記載の電子
放出素子を基体上に複数配列形成し、入力信号に応じて
前記電子放出素子の少なくとも1つより電子を放出する
ことを特徴とする電子源。
9. An electron-emitting device according to claim 1, wherein a plurality of the electron-emitting devices are arranged on a substrate, and electrons are emitted from at least one of the electron-emitting devices in response to an input signal. Electron source.
【請求項10】 請求項9に記載の電子源と、該電子源
から放出された電子を照射することで画像を形成する画
像形成部材と、を有することを特徴とする画像形成装
置。
10. An image forming apparatus, comprising: the electron source according to claim 9; and an image forming member that forms an image by irradiating electrons emitted from the electron source.
【請求項11】 有機物質を含有する雰囲気下で間隙部
を有する一対の導電性薄膜の間に電圧を印加し雰囲気中
に存在する有機物質から炭素を有する膜を前記間隙部の
周囲に形成させて該間隙部の活性化処理を行う電子放出
素子の製造方法において前記間隙部を極部的に加熱しな
がら前記活性化処理を行うことを特徴とする電子放出素
子の製造方法。
11. A voltage is applied between a pair of conductive thin films having a gap in an atmosphere containing an organic substance, and a film containing carbon is formed around the gap from the organic substance present in the atmosphere. A method of manufacturing an electron-emitting device for performing an activation process of the gap portion, wherein the activation process is performed while the gap portion is partially heated.
【請求項12】 前記間隙部の極部的な加熱は、炭素を
有する膜の形成初期段階では行われず、炭素を有する膜
の形成途中から後にかけて行われることを特徴とする請
求項11に記載の電子放出素子の製造方法。
12. The method according to claim 11, wherein the extreme heating of the gap is not performed in the initial stage of forming the carbon-containing film, but is performed during and after the formation of the carbon-containing film. The manufacturing method of the electron-emitting device of the above.
【請求項13】 前記間隙部の極部的な加熱は、レーザ
光の照射により行うことを特徴とする請求項11または
12に記載の電子放出素子の製造方法。
13. The method according to claim 11, wherein the extreme heating of the gap is performed by irradiating a laser beam.
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KR100721872B1 (en) * 2004-04-23 2007-05-25 캐논 가부시끼가이샤 Electron-emitting device, electron source, image display apparatus, and their manufacturing method
KR100752862B1 (en) * 2001-01-03 2007-08-29 엘지전자 주식회사 Manufacturing method for surface conduction electron emission display

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