JP2000251635A - Electron emission element and its manufacture, electron source, and image forming device - Google Patents

Electron emission element and its manufacture, electron source, and image forming device

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JP2000251635A JP4919299A JP4919299A JP2000251635A JP 2000251635 A JP2000251635 A JP 2000251635A JP 4919299 A JP4919299 A JP 4919299A JP 4919299 A JP4919299 A JP 4919299A JP 2000251635 A JP2000251635 A JP 2000251635A
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metal oxide
emitting
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure of an electron emission element, in particular, a surface conduction type electron emission element, capable of realizing high luminance by means of a good electron emission characteristic and the increase in electron emission current and to provide an electron source and image formation device using it. SOLUTION: This electron emission element comprises a pair of opposed element electrodes 2, 3 formed on an insulating substrate 1, and a conductive thin film 4 having an electron emission part 5 formed between are pair of the element electrodes 2, 3. In this case, a layer formed between the insulating substrate 1 and the electron emission part 5 contains a metal oxide, and at least a part of the metal oxide is formed of a material which at least partially contains a material capable of being easily reduced by a reductive material, such as carbon. When the metal oxide is a single constituent oxide, the absolute value of standard production free energy per mol of the single constituent oxide is smaller than that of silica(SiO2) at the same temperature.

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、冷陰極型等の電子
放出素子とその製造方法及び、該電子放出素子を用いた
電子源、該電子源を用いた画像形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cold-cathode type electron-emitting device, a method for manufacturing the same, an electron source using the electron-emitting device, and an image forming apparatus using the electron source.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱陰極電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた2
種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電
界放出型(以下、「FE型」という。)、金属/絶縁層
/金属型(以下、「MIM型」という。)や、表面伝導
型電子放出素子等がある。FE型の例としてはW.P.Dyke
& W.W.Dolan,“Field emission",Advance in Electron
Physics,8,89(1956)あるいはC.A.Spindt,“"Physical P
roperties of thin-film field emission cathodes wit
h molybdenium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)等
に開示されたものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, electron-emitting devices are roughly classified into two types: a hot cathode electron-emitting device and a cold cathode electron-emitting device.
Kinds are known. The cold cathode electron-emitting devices include a field emission type (hereinafter, referred to as “FE type”), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter, referred to as “MIM type”), and a surface conduction type electron-emitting device. WPDyke is an example of FE type
& WWDolan, “Field emission”, Advance in Electron
Physics, 8, 89 (1956) or CASpindt, “" Physical P
roperties of thin-film field emission cathodes wit
hmollybdenium cones ", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976).

【0003】MIM型の例としてはC.A.Mead,“Operati
on of Tunnel-Emission Devices",J.Apply.Phys.,32,64
6(1961)等に開示されたものが知られている。
As an example of the MIM type, CAMead, “Operati
on of Tunnel-Emission Devices ", J. Apply.Phys., 32, 64
6 (1961) and the like are known.

【0004】また、表面伝導型電子放出素子型の例とし
ては、M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,10,129
0,(1965)等に開示されたものがある。
As an example of a surface conduction electron-emitting device, see MIElinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 129.
0, (1965) and the like.

【0005】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるSnO2 薄膜を用いたもの、Au薄膜によるもの
[G.Ditmmer,Thin Solid Films,9,317(1972)]、In2
3 /SnO2 薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fons
ted,IEEE Trans.ED Conf.,519(1975)]、カーボン薄膜に
よるもの[荒木久 他:真空、第26巻、第1号、22
頁(1983)]等が報告されている。
[0005] The surface conduction electron-emitting device utilizes a phenomenon in which an electron is emitted when a current flows in a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. Examples of the surface conduction electron-emitting device include a device using an SnO 2 thin film by Elinson et al. And a device using an Au thin film.
[G. Ditmmer, Thin Solid Films, 9,317 (1972)], In 2 O
3 / SnO 2 thin film [M. Hartwell and CGFons
ted, IEEE Trans. ED Conf., 519 (1975)], using a carbon thin film [Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, 22]
1983).

【0006】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として、前述のM.ハートウェルの素子構成を図1
3に模式的に示す。同図において、1は絶縁性基板であ
る。また、4は導電性薄膜で、H型形状のパターンに、
スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述
の通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出
部5が形成される。尚、図中の素子電極間隔Lは、0.
5〜1mm、Wは、0.1mmで設定されている。
As a typical example of these surface conduction electron-emitting devices, the above-mentioned M.S. 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 has an H-shaped pattern,
The electron-emitting portion 5 is formed by a metal oxide thin film or the like formed by sputtering, and an energization process called energization forming described later. Note that the element electrode interval L in the figure is 0.
5-1 mm and W are set to 0.1 mm.

【0007】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜4を予め通電
フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部5
を形成するのが一般的であった。即ち、通電フォーミン
グとは前記導電性薄膜4の両端に直流電圧あるいは非常
にゆっくりとした昇電圧例えば1V/分程度を印加通電
し、導電性薄膜4を局所的に破壊、変形もしくは変質せ
しめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部5を形成
することである。尚、電子放出部5は導電性薄膜4の一
部に亀裂が発生し、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放
出素子は、上述導電性薄膜4に電圧を印加し、電子放出
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, the electron-emitting portion 5 is subjected to an energization process called energization forming before the electron emission.
It was common to form That is, the energization forming is to apply a DC voltage or a very slowly increasing voltage, for example, about 1 V / min, to both ends of the conductive thin film 4 and to energize the conductive thin film 4 to locally destroy, deform or alter the conductive thin film 4, The purpose is to form the electron-emitting portion 5 in a state of high resistance. In the electron emitting portion 5, a crack is generated in a part of the conductive thin film 4, and electrons are emitted from the vicinity of the crack. The surface conduction type electron-emitting device that has been subjected to the energization forming treatment causes the electron-emitting portion 5 to emit electrons by applying a voltage to the conductive thin film 4 and flowing a current to the electron-emitting device.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】電子放出素子について
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、更に安定な電子放出
特性及び電子放出の効率向上が要望されている。ここで
の効率は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極に
電圧を印加した際に、両電極間を流れる電流(以下、
「素子電流」という。)と、真空中に放出される電流
(以下、「電子放出電流」という。)との比で評価され
るものであり、効率のよくするために、素子電流が小さ
く、放出電流が大きい電子放出素子が望まれている。
With respect to the electron-emitting device, more stable electron emission characteristics and improved electron emission efficiency are provided so that an image forming apparatus using the electron-emitting device can stably provide a bright display image. Requested. The efficiency here is determined by the current flowing between the two electrodes when a voltage is applied to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device (hereinafter, referred to as the current).
It is called “element current”. ) And the current emitted in a vacuum (hereinafter referred to as “electron emission current”). In order to improve the efficiency, electron emission with a small device current and a large emission current is considered. Devices are desired.

【0009】ここで、安定的に制御し得る電子放出特性
と効率の向上がなされれば、例えば蛍光体を形成した画
像形成部材とする画像形成装置においては、低電流で明
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。また、低電流化にともない、画像形成装置を
構成する駆動回路等のローコスト化も図れる。
Here, if the electron emission characteristics that can be controlled stably and the efficiency are improved, for example, in an image forming apparatus using an image forming member formed with a phosphor, a high current image with low current and high quality can be formed. A device such as a flat television can be realized. Further, as the current is reduced, the cost of the driving circuit and the like constituting the image forming apparatus can be reduced.

【0010】しかしながら、上述のM.ハートウェルの
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 Hartwell electron-emitting device, satisfactory electron-emitting characteristics and electron-emitting efficiencies have not always been obtained. The fact is that it is extremely difficult to provide

【0011】従って、上記のような応用に用いられる電
子放出素子、特に表面伝導型電子放出素子は、実用的な
印加電圧に対して良好な電子放出特性を有し、長時間に
わたって、その特性を保持し続けられることが必要であ
る。
Therefore, the electron-emitting device used for the above-mentioned application, particularly, the surface-conduction electron-emitting device has good electron-emitting characteristics with respect to a practically applied voltage, and exhibits such characteristics over a long period of time. It needs to be kept.

【0012】本出願人等は、詳細な検討の結果、電子放
出素子、特に表面伝導型電子放出素子の素子電流の最大
到達値は、電子放出部が形成される領域と絶縁性基板と
が接触する領域の材料によって変化し、例えばアルミナ
(Al2 3 )のように酸化物1モルあたりの生成自由
エネルギーの大きな酸化物材料を含む割合が多い硝子材
料(基板材料)が、電子放出部の下地にある場合は、表
面伝導型電子放出素子の素子電流の最大到達値が低く、
その結果電子放出量が小さいために輝度が低下すること
がわかった。
As a result of detailed studies, the present applicants have found that the maximum value of the device current of an electron-emitting device, especially a surface conduction electron-emitting device, is determined by the contact between the region where the electron-emitting portion is formed and the insulating substrate. The glass material (substrate material), which varies depending on the material of the region to be formed and contains a large proportion of an oxide material having a large free energy of formation per mole of oxide, such as alumina (Al 2 O 3 ), is used for the electron emission portion. In the case of the underlayer, the maximum value of the device current of the surface conduction electron-emitting device is low,
As a result, it was found that the luminance was reduced due to the small amount of electron emission.

【0013】本発明は、上記問題を鑑み、良好な電子放
出特性と電子放出電流の増加による高輝度を実現する電
子放出素子、特に表面伝導型電子放出素子の構成とそれ
を用いた電子源及び画像形成装置を提供するものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides an electron-emitting device that achieves good electron emission characteristics and high brightness by increasing an electron emission current, particularly, a structure of a surface conduction electron-emitting device, and an electron source using the same. An image forming apparatus is provided.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために鋭意検討を行って成されたものであ
り、下述する構成のものである。
Means for Solving the Problems The present invention has been made by intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and has the following configuration.

【0015】即ち、本発明の電子放出素子は、絶縁性基
板上に形成された対向する一対の素子電極と、前記一対
の素子電極間に形成された電子放出部を有する導電性薄
膜とからなる電子放出素子であって、前記絶縁性基板と
前記電子放出部との間に形成される層が金属酸化物を含
み、該金属酸化物の少なくとも一部がカーボン等の還元
材料によって容易に還元される材料を少なくとも一部含
む材料によって構成されていることを特徴とする。
That is, the electron-emitting device of the present invention comprises a pair of opposing device electrodes formed on an insulating substrate, and a conductive thin film having an electron-emitting portion formed between the pair of device electrodes. An electron-emitting device, wherein a layer formed between the insulating substrate and the electron-emitting portion contains a metal oxide, and at least a part of the metal oxide is easily reduced by a reducing material such as carbon. And a material containing at least a part of the material.

【0016】また、上記電子放出素子において、上記金
属酸化物が単一組成酸化物である場合は、その単一組成
酸化物の1モルあたりの標準生成自由エネルギーの値が
同一温度のシリカ(SiO2 )の1モルあたりの標準生
成自由エネルギーの値よりもその絶対値が小さいことを
特徴とする。
In the above-described electron-emitting device, when the metal oxide is a single-component oxide, silica (SiO) having a standard free energy of formation per mole of the single-component oxide of the same temperature is used. It is characterized in that its absolute value is smaller than the value of the standard free energy of formation per mole of 2 ).

【0017】また、上記電子放出素子において、上記金
属酸化物が複合酸化物(母材+金属酸化物)である場合
は、その複合酸化物の1モルあたりの標準生成自由エネ
ルギーの値が、同一温度において、母材となる材料の1
モルあたりの標準生成自由エネルギーの値よりもその絶
対値が小さいことを特徴とする。
In the electron-emitting device, when the metal oxide is a composite oxide (base material + metal oxide), the value of the standard free energy of formation per mole of the composite oxide is the same. At temperature, one of the base materials
It is characterized in that its absolute value is smaller than the value of the standard free energy of formation per mole.

【0018】また、上記電子放出素子において、前記金
属酸化物は、アルカリ金属(1A族)、アルカリ土類金
属(2A族)、6A族、7A族、8族、1B族、2B族
及びSn、Pb、Sb、Bi、Pの単一組成酸化物ある
いは前記金属酸化物の少なくとも一部がシリカ等の母材
に含まれる複合酸化物であることを特徴とする。
In the above-described electron-emitting device, the metal oxide may be an alkali metal (group 1A), an alkaline earth metal (group 2A), a group 6A, a group 7A, a group 8, a group 1B, a group 2B and a group consisting of Sn, It is characterized in that it is a single-component oxide of Pb, Sb, Bi, P or a composite oxide in which at least a part of the metal oxide is contained in a base material such as silica.

【0019】また、上記電子放出素子において、前記金
属酸化物の材料は、Cs2 O,K2O,Na2 O,Cu
2 O,BaO,CaO,MgO,SrO,PbO,Ni
O,SnO,CoO,Cr2 3 ,In2 3 ,Fe2
3 ,WO2 ,MnO2 の単一酸化物あるいはシリカ
(SiO2 )との複合酸化物のいずれか1つであること
を特徴とする。
In the above-mentioned electron-emitting device, the material of the metal oxide is Cs 2 O, K 2 O, Na 2 O, Cu
2 O, BaO, CaO, MgO, SrO, PbO, Ni
O, SnO, CoO, Cr 2 O 3 , In 2 O 3 , Fe 2
It is a single oxide of O 3 , WO 2 , or MnO 2 or a composite oxide with silica (SiO 2 ).

【0020】また、上記電子放出素子において、前記母
材となる材料は、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al
2 3 )、マグネシア(MgO)のいずれか1つの材料
であることを特徴とする。
In the above-mentioned electron-emitting device, the base material is silica (SiO 2 ), alumina (Al
2 O 3 ) and magnesia (MgO).

【0021】また、上記電子放出素子において、前記電
子放出素子は表面伝導型の電子放出素子であることを特
徴とする。
Further, in the above-mentioned electron-emitting device, the electron-emitting device is a surface conduction electron-emitting device.

【0022】また、入力信号に応じて電子を放出する電
子源であって、上記電子放出素子を、前記絶縁性基板上
に、複数個配置したことを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided an electron source for emitting electrons in response to an input signal, wherein a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged on the insulating substrate.

【0023】また、上記電子源において、前記絶縁性基
板に、複数の電子放出素子を複数個並列に配置し、個々
の前記電子放出素子の両端を配線に接続した前記電子放
出素子の行を複数有し、更に、前記入力信号を変調する
変調手段を有することを特徴とする。
In the above-mentioned electron source, a plurality of electron-emitting devices are arranged in parallel on the insulating substrate, and a plurality of rows of the electron-emitting devices having both ends of each of the electron-emitting devices connected to wiring are provided. And a modulating means for modulating the input signal.

【0024】また、上記電子源において、前記絶縁性基
板に配置した互いに電気的に絶縁されたm本のX方向配
線とn本のY方向配線とに、前記電子放出素子の一対の
素子電極とを接続した前記電子放出素子を複数個配列し
たことを特徴とする。
In the above-mentioned electron source, a pair of element electrodes of the electron-emitting device are provided on m electrically isolated X-directional wirings and n electrically connected Y-directional wirings disposed on the insulating substrate. Wherein a plurality of the electron-emitting devices connected to are connected.

【0025】また、入力信号に基いて画像を形成する画
像形成装置であって、少なくとも、前記絶縁性基板に対
向する蛍光膜を備えた画像形成部材と、上記電子源とよ
り構成されることを特徴とする。
An image forming apparatus for forming an image based on an input signal, comprising at least an image forming member provided with a fluorescent film facing the insulating substrate, and the electron source. Features.

【0026】また、本発明は、絶縁性基板上に形成され
た対向する一対の素子電極と、前記一対の素子電極間に
形成された電子放出部を有する導電性薄膜とからなる電
子放出素子の製造方法であって、前記絶縁性基板と前記
電子放出部との間に金属酸化物を含む層を形成し、前記
金属酸化物の少なくとも一部に含まれる材料がカーボン
等の還元材料によって還元されることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an electron-emitting device comprising: a pair of opposing element electrodes formed on an insulating substrate; and a conductive thin film having an electron-emitting portion formed between the pair of element electrodes. In a manufacturing method, a layer containing a metal oxide is formed between the insulating substrate and the electron-emitting portion, and a material contained in at least a part of the metal oxide is reduced by a reducing material such as carbon. It is characterized by that.

【0027】また、上記電子放出素子の製造方法におい
て、上記金属酸化物が単一組成酸化物である場合は、そ
の単一組成酸化物の1モルあたりの標準生成自由エネル
ギーの値が同一温度のシリカ(SiO2 )の1モルあた
りの標準生成自由エネルギーの値よりもその絶対値が小
さいか、又は上記金属酸化物が複合酸化物(母材+金属
酸化物)である場合は、その複合酸化物の1モルあたり
の標準生成自由エネルギーの値が、同一温度において、
母材となる材料の1モルあたりの標準生成自由エネルギ
ーの値よりもその絶対値が小さいことを特徴とする。
In the above method for manufacturing an electron-emitting device, when the metal oxide is a single-component oxide, the value of the standard free energy of formation per mole of the single-component oxide is the same as that of the same temperature. When the absolute value is smaller than the value of the standard free energy of formation per mole of silica (SiO 2 ), or when the metal oxide is a composite oxide (base material + metal oxide), the composite oxide The value of the standard free energy of formation per mole of the product is
It is characterized in that its absolute value is smaller than the value of the standard free energy of formation per mole of the base material.

【0028】本発明の表面伝導型電子放出素子によれ
ば、安定した電子放出特性を長時間にわたって保持し得
る電子放出素子を実現できる。
According to the surface conduction electron-emitting device of the present invention, an electron-emitting device capable of maintaining stable electron emission characteristics for a long time can be realized.

【0029】更に、本発明の画像形成装置によれば、長
時間にわたり安定で良好で画像を形成できる。
Further, according to the image forming apparatus of the present invention, it is possible to form a stable and good image for a long time.

【0030】以下、本発明を説明する。Hereinafter, the present invention will be described.

【0031】本出願人が各種酸化物を下地基板に用いた
検討によると、素子電流If及び電子放出電流Ieを増
加させる下地基板としてはCs2 O,K2 O,Na
2 O,Cu2 O,BaO,CaO,MgO,SrO,P
bO,NiO,SnO,CoO,Cr2 3 ,In2
3 ,Fe2 3 ,WO2 ,MnO2 の単一酸化物あるい
はシリカ(SiO2 )との複合酸化物であった。
According to the study by the present applicant using various oxides for the underlying substrate, the underlying substrate for increasing the device current If and the electron emission current Ie is Cs 2 O, K 2 O, Na
2 O, Cu 2 O, BaO, CaO, MgO, SrO, P
bO, NiO, SnO, CoO, Cr 2 O 3, In 2 O
3 , a single oxide of Fe 2 O 3 , WO 2 , MnO 2 or a composite oxide with silica (SiO 2 ).

【0032】これらの材料は以下の式に示すように、金
属酸化物(Mx y )カーボン(C)によって容易に還
元が進行する材料であることが分かった。
As shown in the following formula, it was found that these materials are materials whose reduction easily proceeds by metal oxide (M x O y ) carbon (C).

【0033】Mx y +yC≧xM+yCO さらに本出願人による詳細な検討によると、これらの材
料はある特定の温度で比較すると、上記反応における反
応の標準生成自由エネルギー変化が、シリカ(Si
2 )の反応の標準生成自由エネルギー変化より小さ
く、その変化量の絶対値が小さい材料ほど素子電流が大
きいことがわかった。これは素子電流を得るための処理
(活性化と呼ぶ)において上記酸化物の還元のされやす
さが関与していることを示している。
M x O y + yC ≧ xM + yCO Further examination by the Applicant shows that when these materials are compared at a certain temperature, the change in standard free energy of formation of the reaction in the above reaction is silica (Si)
It was found that a device having a smaller change in the standard free energy of formation of the reaction of O 2 ) and a smaller absolute value of the change had a higher device current. This indicates that the process of obtaining the device current (called activation) involves the ease of reduction of the oxide.

【0034】特に後述する活性化行程は炭素あるいは炭
素化合物の堆積であることが確認されているが、この時
に上記反応式に示されるような基板の酸化物と炭素との
還元反応が同時に進行していることが考えられる。この
炭素あるいは炭素化合物の堆積と、還元反応によって形
成される炭素あるいは炭素化合物の形態が還元されやす
い酸化物材料を用いることで従来より素子電流を増大さ
せる構成をとりうることが予想される。
In particular, it has been confirmed that the activation step to be described later is the deposition of carbon or a carbon compound. At this time, the reduction reaction between the oxide of the substrate and carbon as shown in the above reaction formula simultaneously proceeds. It is thought that it is. It is expected that the device current can be increased by using an oxide material in which the form of carbon or the carbon compound formed by the deposition and reduction reaction of carbon or the carbon compound is easily reduced.

【0035】またこれらの材料は、単一組成の酸化物で
用いてもよいが、むしろシリカ(SiO2 )との複合酸
化物を用いた方が輝度、寿命、安定性に優れる場合もあ
った。
These materials may be used as oxides having a single composition. However, in some cases, use of a composite oxide with silica (SiO 2 ) is more excellent in luminance, life, and stability. .

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施形態を
示す。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described.

【0037】本発明を適用し得る表面伝導型電子放出素
子の基本的構成には大別して、平面型及び垂直型の2つ
がある。
The basic structure of the surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied is roughly classified into two types: a plane type and a vertical type.

【0038】(平面型表面伝導型電子放出素子)まず、
平面型表面伝導型電子放出素子について説明する。
(Flat-type surface conduction electron-emitting device)
The flat surface conduction electron-emitting device will be described.

【0039】図1は、本発明を適用可能な平面型表面伝
導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、図1
(a)は平面図、図1(b)は断面図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a flat surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied.
1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view.

【0040】図1において、1は絶縁性基板、2と3は
素子電極、4は導電性薄膜、5は電子放出部、6は酸化
物被膜である。
In FIG. 1, 1 is an insulating substrate, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive thin film, 5 is an electron-emitting portion, and 6 is an oxide film.

【0041】絶縁性基板1としては、石英ガラス、Na
等の不純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板
ガラスにスパッタ法等により形成したSiO2 を積層し
たガラス基板及びアルミナ等のセラミックス及びSi基
板等を用いることができる。
As the insulating substrate 1, quartz glass, Na
Glass, blue plate glass with reduced impurity content, etc., a glass substrate obtained by laminating SiO 2 on a blue plate glass by sputtering or the like, ceramics such as alumina, and a Si substrate can be used.

【0042】対向する素子電極2,3の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができる。これは例えば
Ni,Cr,Au,Mo,W,Pt,Ti,Al,C
u,Pd等の金属或は合金、及びPd,Ag,Au,R
uO2 ,Pd−Ag等の金属或は金属酸化物とガラス等
から構成される印刷導体、In2 3 −SnO2 等の透
明導電体、及びポリシリコン等の半導体導体材料等から
適宜選択することができる。
The material of the opposing device electrodes 2 and 3 is as follows.
General conductor materials can be used. This is, for example, Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, C
metals or alloys such as u, Pd, and Pd, Ag, Au, R
It is appropriately selected from a printed conductor composed of a metal such as uO 2 or Pd-Ag and a metal oxide and glass, a transparent conductor such as In 2 O 3 —SnO 2 , and a semiconductor conductor material such as polysilicon. be able to.

【0043】素子電極間隔L、素子電極長さW、導電性
薄膜4の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計
される。素子電極間隔Lは、好ましくは、数千オングス
トロームから数百マイクロメートルの範囲とすることが
でき、より好ましくは、素子電極間に印加する電圧等を
考慮して、数マイクロメートルから数十マイクロメート
ルの範囲とすることができる。
The element electrode interval L, the element electrode length W, the shape of the conductive thin film 4 and the like are designed in consideration of the applied form and the like. The device electrode interval L can be preferably in the range of several thousand angstroms to several hundred micrometers, and more preferably, several micrometers to several tens of micrometers in consideration of the voltage applied between the device electrodes. In the range.

【0044】素子電極長さWは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮して、数マイクロメートルから数百マクロ
メートルの範囲とすることができる。素子電極2,3の
膜厚dは、数百オングストロームから数マイクロメート
ルの範囲とすることができる。
The length W of the device electrode can be set in a range from several micrometers to several hundred macrometers in consideration of the resistance value and the electron emission characteristics of the electrode. The film thickness d of the device electrodes 2 and 3 can be in the range of several hundred angstroms to several micrometers.

【0045】尚、図1に示した構成順の絶縁性基板1上
に、酸化物被膜6、対向する素子電極2,3、導電性薄
膜4の順であるだけでなく、絶縁性基板1上に、導電性
薄膜4、対向する素子電極2,3、酸化物被膜6の順
や、絶縁性基板1上に、導電性薄膜4、酸化物被膜6、
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。
The oxide film 6, the opposing device electrodes 2, 3 and the conductive thin film 4 are formed on the insulating substrate 1 in the order shown in FIG. The conductive thin film 4, the oxide electrodes 6, the opposing device electrodes 2, 3, and the oxide film 6 are arranged in this order.
A configuration in which the opposing element electrodes 2 and 3 are laminated in this order may be employed.

【0046】導電性薄膜4には、良好な電子放出特性を
得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが
好ましい。その膜厚は、素子電極2,3へのステップカ
バレージ、素子電極2,3間の抵抗値及び後述するフォ
ーミング条件等を考慮して適宜設定される。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
る重要なパラメータであり、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
フォーミングが困難となり、電子放出部形成のためによ
り大きな電力が必要となる。さらに、その結果得られる
電子放出部は、電子放出し得る印加電圧(しきい値電
圧)が上昇するという問題が生じる場合がある。
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 step coverage for the device electrodes 2 and 3, a resistance value between the device electrodes 2 and 3, a forming condition described later, and the like. Generally, the thermal stability of the conductive thin film 4 is an important parameter that governs the lifetime 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, in general, the higher the melting point of the conductive thin film 4 is, the more difficult it is to carry out energization forming, which will be described later. Further, the resulting electron-emitting portion may have a problem that the applied voltage (threshold voltage) at which electrons can be emitted increases.

【0047】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 and a form capable of forming a good electron emitting portion with a relatively low forming power are selected. Can be.

【0048】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107 Ω/□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。なおシート抵抗R
sは、厚さがt、幅がwで長さがlの薄膜の抵抗Rを、
R=(Rs(l/w))とおいたときの値である。上記
抵抗値を示す膜厚はおよそ5ナノメートルから50ナノ
メートルの範囲にあり、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。ここで
述べる微粒子膜とは、複数の微粒子が集合した膜であ
り、その微細構造は、微粒子が個々に分散配置した状態
あるいは微粒子が互いに隣接、あるいは重なり合った状
態(いくつかの微粒子が集合し、全体として島状構造を
形成している場合も含む)をとっている。微粒子の粒径
は、0.数nmから数百nmの範囲、好ましくは、1n
mから20nmの範囲である。
Examples of materials satisfying the above conditions include Ni,
Preferably, a conductive material such as Au, PdO, Pd, or Pt is formed to have a film thickness having an Rs (sheet resistance) of 10 2 to 10 7 Ω / □. Note that sheet resistance R
s is a resistance R of a thin film having a thickness t, a width w, and a length 1;
R = (Rs (l / w)). The film thickness exhibiting the above-mentioned resistance value is in the range of about 5 nm to 50 nm, and in this thickness range, the thin film of each material has the form of a fine particle film. 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 or arranged or in a state in which the fine particles are adjacent to each other or overlapped (some fine particles are gathered, (Including the case where an island structure is formed as a whole). The particle size of the fine particles is 0. In the range of several nm to several hundred nm, preferably 1n
m to 20 nm.

【0049】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。
In the present specification, the term “fine particles” is frequently used, and its meaning will be described.

【0050】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ場合がある。「超微
粒子」よりもさらに小さく原子の数が数百個程度以下の
ものを「クラスター」と呼ぶことは広く行われている。
Small particles are sometimes referred to as "fine particles", and smaller ones are sometimes referred to as "ultra fine particles". It is widely practiced to call a “cluster” smaller than “ultrafine particles” and having a few hundred atoms or less.

【0051】しかしながら、それぞれの境界は厳密なも
のではなく、どのような性質に注目して分類するかによ
り変化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して
「微粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこ
れに沿ったものである。
However, each boundary is not strict and changes depending on what kind of property is focused on. Further, “fine particles” and “ultrafine particles” may be collectively referred to as “fine particles”, and the description in this specification is in line with this.

【0052】例えば、「実験物理学講座14 表面・微
粒子」(木下是雄 編、共立出版1986年9月1日発
行)では次のように記述されている。
For example, "Experimental Physics Course 14, Surfaces and Particles" (edited by Yoshio Kinoshita, published by Kyoritsu Shuppan, September 1, 1986) describes as follows.

【0053】「本稿で微粒子と言うときにはその直径が
だいたい2〜3μm程度から10nm程度までとし、特
に超微粒子というときは粒径が10nm程度から2〜3
nm程度までを意味することにする。両者を一括して単
に微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
2個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」(195ページ 22〜26行目)付言すると、
新技術開発事業団の“林・超微粒子プロジェクト”での
「超微粒子」の定義は、粒径の下限はさらに小さく、次
のようなものであった。
In the present description, "fine particles have a diameter of about 2 to 3 μm to about 10 nm, and especially ultrafine particles have a particle diameter of about 10 nm to 2 to 3 nm.
It means up to about nm. It is not exactly strict because both are collectively written as fine particles, but it is a rough guide. When the number of atoms constituting a particle is two to several tens to several hundreds, it is called a cluster. (Page 195, lines 22-26)
The definition of "ultra-fine particles" in the New Technology Development Corporation's "Hayashi and Ultra-fine Particle Project" was as follows, with the lower limit of the particle size being smaller.

【0054】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”」(1981〜1986)では、粒子の大き
さ(径)がおよそ1〜100nmの範囲のものを“超微
粒子”(ultra fine particle)と呼ぶことにした。す
ると1個の超微粒子はおよそ100〜108個くらいの
原子の集合体ということになる。原子の尺度でみれば超
微粒子は大〜巨大粒子である。」(「超微粒子−創造科
学技術−」林主税、上田良二、田崎明 編;三田出版
1988年 2ページ1〜4行目)「超微粒子よりさら
に小さいもの、すなわち原子が数個〜数百個で構成され
る1個の粒子は、ふつうクラスターと呼ばれる」(同書
2ページ12〜13行目)上記のような一般的な呼び方
をふまえて、本明細書において「微粒子」とは多数の原
子・分子の集合体で、粒径の下限は0.数nm〜1nm
程度、上限は数μm程度のものを指すこととする。
In the “Ultra Fine Particle Project” of the Creative Science and Technology Promotion System (1981 to 1986), particles having a particle size (diameter) in the range of about 1 to 100 nm are referred to as “ultra fine particles”. I decided to call. Then, one ultrafine particle is an aggregate of about 100 to 108 atoms. Ultra-fine particles are large to giant particles on an atomic scale. ("Ultra Fine Particles-Creative Science and Technology-" Hayashi Tax, Ryoji Ueda, Akira Tazaki, Mita Publishing)
(1988, page 2, lines 1 to 4) "A particle smaller than an ultrafine particle, that is, a single particle composed of several to several hundred atoms is usually called a cluster." (Id., Page 2, lines 12 to 13) Eye) Based on the general term as described above, "fine particles" in this specification are an aggregate of a large number of atoms and molecules, and the lower limit of the particle diameter is 0.1. Several nm to 1 nm
The upper limit and the upper limit refer to those of about several μm.

【0055】さて、前に例示した導電性薄膜4の材料の
なかでも、PdO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、上記範囲のシート抵抗の抵抗値R
sを得るための膜厚のプロセスマージンが広いこと、電
子放出部形成後、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、耐熱性も上昇すること、
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。
Among the materials of the conductive thin film 4 exemplified above, PdO can be easily formed into a thin film by sintering an organic Pd compound in the air, and since it is a semiconductor, PdO has relatively low electric conductivity. Range sheet resistance R
that the process margin of the film thickness for obtaining s is large, and that the metal Pd can be easily reduced after forming the electron-emitting portion, so that the film resistance is reduced and the heat resistance is increased.
It is a suitable material from the above. However, the effects of the present invention are not limited to PdO, and are not limited to the materials exemplified above.

【0056】つぎに、電子放出部5は、導電性薄膜4の
一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性
薄膜4の膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミン
グ等の手法等に依存したものとなる。電子放出部5の内
部には、0.数nmから数十nmの範囲の粒径の導電性
微粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導
電性薄膜4を構成する材料の元素の一部、あるいは全て
の元素を含有するものとなる。電子放出部5及びその近
傍の導電性薄膜4には、後述する活性化工程を経た場
合、炭素及び炭素化合物を有する。この炭素及び炭素化
合物の役割については、導電性薄膜4の一部として機能
し、また、電子放出部5を構成する物質として電子放出
特性を支配することが分かっているが、詳細は明らかで
はない。
Next, the electron-emitting portion 5 is constituted by a high-resistance crack formed in a part of the conductive thin film 4, and the film thickness, film quality, material and method of energization forming and the like to be described later. And so on. The inside of the electron emitting section 5 has a diameter of 0.1 mm. In some cases, conductive fine particles having a particle size ranging from several nm to several tens nm are present. The conductive fine particles contain some or all of the elements of the material constituting the conductive thin film 4. The electron emitting portion 5 and the conductive thin film 4 in the vicinity thereof contain carbon and a carbon compound after an activation step described later. It is known that the role of carbon and the carbon compound functions as a part of the conductive thin film 4 and governs the electron emission characteristics as a material constituting the electron emission portion 5, but details are not clear. .

【0057】前述したとおり、酸化物被膜6は、単一金
属元素の酸化物に限らず、複数の金属元素を含む複合酸
化物であってもよい。
As described above, the oxide film 6 is not limited to the oxide of a single metal element, but may be a composite oxide containing a plurality of metal elements.

【0058】例えば、K2 O,Na2 O,Cs2 Oは、
絶対温度700K〜2000Kの範囲で標準生成自由エ
ネルギーの値が、シリカの生成自由エネルギーの絶対値
より小さいため、電子放出部を形成する材料としては標
準生成自由エネルギーの値が、用いる酸化物より大きな
材料、例えばC,Si,Al,Ti,Zrで容易に還元
することが可能である。特にC(カーボン)は反応に伴
う酸化生成物がCOガスであるため、反応界面において
固体の酸化物をつくらない。このため界面反応を持続さ
せることができるだけでなく、カーボンが金属、酸化物
を固溶しづらいため、すぐに還元生成物をその表面上に
析出するので、電子放出部形成材料としてきわめて理想
的な材料として特記しておく。
For example, K 2 O, Na 2 O and Cs 2 O are
Since the value of the standard free energy of formation is smaller than the absolute value of the free energy of formation of silica in the range of an absolute temperature of 700 K to 2000 K, the value of the standard free energy of formation is larger than that of the oxide used as a material for forming the electron-emitting portion. It can be easily reduced with materials such as C, Si, Al, Ti, Zr. In particular, C (carbon) does not form a solid oxide at the reaction interface because the oxidation product accompanying the reaction is CO gas. As a result, not only can the interfacial reaction be sustained, but also because carbon hardly dissolves metals and oxides, reduction products are immediately deposited on the surface, making it extremely ideal as a material for forming an electron-emitting portion. Special note as material.

【0059】また、酸化物被膜6に用いる前述のK
2 O,Na2 O,Cs2 Oなどの標準生成自由エネルギ
ーの値が、シリカの生成自由エネルギーの絶対値より小
さい材料の多くは、大気中の水分と反応し、潮解性を持
つものが多く、単一組成で使用するには困難なものが多
い。このためこれらの材料を用いる場合は、混合酸化膜
(母材+金属酸化物)の構成で用いる方がより望まし
い。この時の望ましい母材としては、シリカ(Si
2 )、アルミナ(Al2 3 )、マグネシア(Mg
O)等の材料があげられる。
The above K used for the oxide film 6
Many materials, such as 2 O, Na 2 O, and Cs 2 O, whose standard free energy of formation is smaller than the absolute value of the free energy of formation of silica, often react with atmospheric moisture and have deliquescence. In many cases, it is difficult to use a single composition. Therefore, when these materials are used, it is more preferable to use them in a configuration of a mixed oxide film (base material + metal oxide). As a desirable base material at this time, silica (Si
O 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), magnesia (Mg
O) and the like.

【0060】一方、例えばTiO,ZrO,Al2 3
等の標準生成自由エネルギーがきわめて大きい材料を、
単一組成の酸化物として用いる場合は、前記C,Si,
Al等では容易に還元できない。例えばAl2 3 は、
炭素Cで還元するには絶対温度約2000K必要であ
り、実際にこの温度に反応界面の温度を上げることは実
用的ではない。
On the other hand, for example, TiO, ZrO, Al 2 O 3
Materials with extremely large standard free energy of formation such as
When used as an oxide having a single composition, the above-mentioned C, Si,
It cannot be easily reduced with Al or the like. For example, Al 2 O 3
In order to reduce with carbon C, an absolute temperature of about 2000K is required, and it is not practical to raise the temperature of the reaction interface to this temperature.

【0061】本目的である電子源の素子電流向上の目的
では、アルカリ金属(1A族)、アルカリ土類金属(2
A族)、6A族、7A族、8族、1B族、2B族及びS
n,Pb,Sb,Bi,Pの単一組成酸化物あるいは前
記酸化物が望ましい。
For the purpose of improving the device current of the electron source, which is the object of the present invention, alkali metals (group 1A) and alkaline earth metals (2
A group), 6A group, 7A group, 8 group, 1B group, 2B group and S
A single composition oxide of n, Pb, Sb, Bi, and P or the above-mentioned oxide is desirable.

【0062】これらの酸化物は、スパッタ等の真空蒸着
手法を用いて、基板1上に形成する手法が一般的である
が、さらに簡便な方法として、アルコキシド系の化合物
やスピンコート材料を用いて焼成により酸化物をつくる
方法がある。
These oxides are generally formed on the substrate 1 by using a vacuum deposition method such as sputtering, but a simpler method is to use an alkoxide compound or a spin coat material. There is a method of producing an oxide by firing.

【0063】(垂直型表面伝導型電子放出素子)次に、
垂直型表面伝導型電子放出素子について説明する。
(Vertical type surface conduction electron-emitting device)
The vertical surface conduction electron-emitting device will be described.

【0064】図2は、本発明の表面伝導型電子放出素子
を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を示
す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a vertical surface conduction electron-emitting device to which the surface conduction electron-emitting device of the present invention can be applied.

【0065】図2においては、図1に示した部位と同じ
部位には図1に付した符号と同一の符号を付し、重複す
る説明を省略する。図において、21は絶縁材の段さ形
成部である。また、基板1、素子電極2及び3、導電性
薄膜4、電子放出部5、酸化物被膜6は、前述した平面
型表面伝導型電子放出素子の場合と同様の材料で構成す
ることができる。段さ形成部21は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたSiO2 等の絶縁性材料
で構成することができる。段さ形成部21の膜厚は、先
に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素子電極間隔
Lに対応し、数100nmから数十μmの範囲とするこ
とができる。この段さ形成部21の膜厚は、段さ形成部
21の製法、及び、素子電極間に印加する電圧を考慮し
て設定されるが、数10nmから数μmの範囲が好まし
い。
In FIG. 2, the same portions as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 1, and duplicate description will be omitted. In the figure, reference numeral 21 denotes a step forming portion of an insulating material. Further, the substrate 1, the device electrodes 2 and 3, the conductive thin film 4, the electron-emitting portion 5, and the oxide film 6 can be made of the same material as in the case of the above-mentioned flat surface conduction electron-emitting device. The step forming section 21 can be made of an insulating material such as SiO 2 formed by a vacuum evaporation method, a printing method, a sputtering method, or the like. The film thickness of the step forming portion 21 corresponds to the device electrode interval L of the above-mentioned flat surface conduction electron-emitting device, and can be in the range of several hundred nm to several tens μm. The film thickness of the step forming portion 21 is set in consideration of the manufacturing method of the step forming portion 21 and the voltage applied between the element electrodes, and is preferably in the range of several tens nm to several μm.

【0066】また、導電性薄膜4は、素子電極2及び3
と段さ形成部21の作成後に、該素子電極2,3の上に
積層される。電子放出部5は、図2においては、段さ形
成部21に形成されているが、作成条件、フォーミング
条件等に依存し、形状、位置ともこれに限られるもので
ない。
Further, the conductive thin film 4 comprises the device electrodes 2 and 3
After the formation of the step forming portion 21, it is laminated on the device electrodes 2 and 3. Although the electron emitting portion 5 is formed in the step forming portion 21 in FIG. 2, the shape and the position are not limited to this depending on the forming conditions, forming conditions and the like.

【0067】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図3に模式的
に示す。
There are various methods for manufacturing the above-mentioned surface conduction electron-emitting device. One example is schematically shown in FIG.

【0068】以下、図1及び図3を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図3においても、図1に示
した部位と同じ部位には図1に付した符号と同一の符号
を付し、重複する説明を省略している。
Hereinafter, an example of the manufacturing method will be described with reference to FIGS. In FIG. 3 as well, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 1, and redundant description is omitted.

【0069】(1)絶縁性基板1を、洗剤、純水及び有
機溶剤等を用いて十分に洗浄し、基板1に、スパッタ蒸
着法により酸化物被膜6を形成する(図3(a))。な
お、形成された酸化物被膜6は金属酸化物を主成分と
し、一部炭酸塩や水酸化物を含むこともある。しかしな
がら、一般に炭酸塩や水酸化物は加熱された場合、酸化
物に変化し、最終的な融点(ないし昇華点)は酸化物の
状態で決まるため、特に問題になることはない。また、
酸化物薄膜6の形成法は、スパッタ蒸着法に限るもので
はなく、他の真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、CVD法
等、アルコキシド系塗布材によって形成される場合もあ
る。
(1) The insulating substrate 1 is sufficiently washed with a detergent, pure water, an organic solvent, and the like, and an oxide film 6 is formed on the substrate 1 by a sputter deposition method (FIG. 3A). . The formed oxide film 6 contains a metal oxide as a main component and may partially contain a carbonate or a hydroxide. However, when carbonates and hydroxides are heated, they generally turn into oxides, and the final melting point (or sublimation point) is determined by the state of the oxides, so that there is no particular problem. Also,
The method of forming the oxide thin film 6 is not limited to the sputter deposition method, and may be formed by an alkoxide-based coating material such as another vacuum deposition method, an electron beam deposition method, or a CVD method.

【0070】(2)ホトリソグラフィ技術によって、適
当にパターニングを行い、素子電極2,3を蒸着法にて
形成し、この基板1に、有機金属溶液を塗布して、有機
金属薄膜を形成する。有機金属溶液には、前述の導電性
膜4の材料の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液
を用いることができる。有機金属薄膜を加熱焼成処理
し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、
導電性薄膜4を形成する(図3(b))。ここでは、有
機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性薄膜4
の形成法はこれに限られるものでなく、真空蒸着法、ス
パッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピン
グ法、スピンナー法等を用いることもできる。
(2) Appropriate patterning is performed by photolithography, the device electrodes 2 and 3 are formed by vapor deposition, and an organic metal solution is applied to the substrate 1 to form an organic metal thin film. As the organic metal solution, a solution of an organic metal compound containing the metal of the material of the conductive film 4 as a main element can be used. The organic metal thin film is heated and baked, patterned by lift-off, etching, etc.,
A conductive thin film 4 is formed (FIG. 3B). Here, the method of applying the organometallic solution has been described.
The method for forming is not limited to this, and a vacuum deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a dispersion coating method, a dipping method, a spinner method, or the like can also be used.

【0071】(3)続いて、フォーミング工程を施す。
このフォーミング工程の方法の一例として、通電フォー
ミング処理による方法を説明する。素子電極2,3間
に、不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性薄膜
4の部位に、構造の変化した電子放出部5が形成される
(図3(c))。通電フォーミングによれば導電性薄膜
4に局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化し
た部位が形成される。該部位が電子放出部5を構成す
る。また、通電フォーミング前に酸化物被膜6を形成し
た場合は、同時に酸化物被膜6も局所的に破壊、変形も
しくは変質等の構造の変化を起こす場合がある。
(3) Subsequently, a forming step is performed.
As an example of the method of the forming step, a method by an energization forming process will be described. When current is applied between the device electrodes 2 and 3 using a power supply (not shown), an electron emitting portion 5 having a changed structure is formed at the portion of the conductive thin film 4 (FIG. 3C). According to the energization forming, a portion where the structure such as destruction, deformation or alteration is locally formed in the conductive thin film 4 is formed. This portion constitutes the electron emission section 5. Further, when the oxide film 6 is formed before the energization forming, the oxide film 6 may also locally cause structural changes such as destruction, deformation or alteration at the same time.

【0072】通電フォーミングの際の素子電極2,3へ
の印加電圧波形の例を図4に示す。
FIG. 4 shows an example of a voltage waveform applied to the element electrodes 2 and 3 during energization forming.

【0073】電圧波形は、パルス波形が、好ましい。こ
れにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印
加する図4(a)に示した波形電圧を印加する手法と、
パルス波高値を増加させながら、電圧パルスを印加する
図4(b)に示した波形電圧を印加する手法がある。
The voltage waveform is preferably a pulse waveform. For this, a method of applying a waveform voltage shown in FIG.
There is a method of applying the voltage pulse shown in FIG. 4B in which the voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value.

【0074】図4(a)におけるT1及びT2は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔である。通常T1は1マイク
ロ秒〜10ミリ秒、T2は、10マイクロ秒〜100ミ
リ秒の範囲で設定される。三角波の波高値(通電フォー
ミング時のピーク電圧)は、表面伝導型電子放出素子形
態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例
えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は
三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波
形を採用することができる。
T1 and T2 in FIG. 4A are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform. Usually, T1 is set in the range of 1 microsecond to 10 milliseconds, and T2 is set in the range of 10 microseconds to 100 milliseconds. The peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of energization forming) is appropriately selected according to the form of the surface conduction electron-emitting device. Under such conditions, for example, a voltage is applied for several seconds to several tens minutes. The pulse waveform is not limited to a triangular wave, and a desired waveform such as a rectangular wave can be adopted.

【0075】図4(b)におけるT1及びT2は、図4
(a)に示したのと同様とすることができる。三角波の
波高値(通電フォーミング時のピーク電圧)は、例えば
0.1Vステップ程度づつ、増加させることができる。
T1 and T2 in FIG.
It can be similar to that shown in FIG. The peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) can be increased, for example, by about 0.1 V steps.

【0076】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔T2中に、導電性薄膜2を局所的に破壊、変形しない
程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することがで
きる。例えば0.1V程度の電圧印加により流れる素子
電流を測定し、抵抗値を求めて、1MΩ以上の抵抗を示
した時、通電フォーミングを終了させる。
The end of the energization forming process can be detected by applying a voltage that does not locally destroy or deform the conductive thin film 2 during the pulse interval T2, and measuring the current. For example, an element current flowing by applying a voltage of about 0.1 V is measured, and a resistance value is obtained. When the resistance value indicates 1 MΩ or more, the energization forming is terminated.

【0077】(4)フォーミング処理を終えた素子に
は、活性化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活
性化工程とは、この工程により、素子電流If、放出電
流Ieが、著しく変化する工程である。
(4) It is preferable to perform a process called an activation process on the device after the forming process. The activation step is a step in which the element current If and the emission current Ie are significantly changed by this step.

【0078】活性化工程は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パル
スの印加を繰り返すことで行うことができる。この雰囲
気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用
いて真空容器内を排気した場合に、雰囲気内に残留する
有機ガスを利用して形成することができる他、イオンポ
ンプなどにより一旦十分に排気した真空中に、適当な有
機物質のガスを導入することによっても得られる。この
ときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形
態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異な
るため、場合に応じ適宜設定される。適当な有機物質と
しては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水
素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド
類、ケトン類、アミン類、ニトリル類、フェノール、カ
ルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることがで
き、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどCn
2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンな
どCn 2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベン
ゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアル
デヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケ
トン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、ベン
ゾニトリル、アセトニトリル、蟻酸、酢酸、プロピオン
酸等が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在す
る有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆
積し、素子電流If、放出電流Ieが、著しく変化する
ようになる。
The activation step can be performed, for example, by repeatedly applying a pulse in an atmosphere containing an organic substance gas, similarly to the energization forming. This atmosphere can be formed by using the organic gas remaining in the atmosphere when the inside of the vacuum vessel is evacuated using, for example, an oil diffusion pump or a rotary pump, or once sufficiently evacuated by an ion pump or the like. It can also be obtained by introducing a gas of an appropriate organic substance into a vacuum. The preferable gas pressure of the organic substance at this time varies depending on the above-described application form, the shape of the vacuum vessel, the type of the organic substance, and the like, and is accordingly set as appropriate. Suitable organic substances include alkane, alkene, alkyne aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, amines, nitriles, phenols, carboxylic acids, and organic acids such as sulfonic acids. And specifically, C n H such as methane, ethane, and propane.
Saturated hydrocarbon represented by 2n + 2, ethylene, propylene C n H 2n such unsaturated hydrocarbon represented by composition formula such as benzene, toluene, methanol, ethanol, formaldehyde, acetaldehyde, acetone, methyl ethyl ketone, methyl amine , Ethylamine, phenol, benzonitrile, acetonitrile, formic acid, acetic acid, propionic acid and the like. By this treatment, carbon or a carbon compound is deposited on the device from the organic substance existing in the atmosphere, and the device current If and the emission current Ie are significantly changed.

【0079】活性化工程の終了判定は、素子電流Ifと
放出電流Ieを測定しながら、適宜行う。なおパルス
幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。
The termination of the activation step is appropriately determined while measuring the device current If and the emission current Ie. The pulse width, pulse interval, pulse crest value, and the like are set as appropriate.

【0080】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト(いわゆるHOPG,PG,GCを包含する、HO
PGはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、PGは結晶
粒が20nm程度で結晶構造がやや乱れたもの、GCは
結晶粒が2nm程度になり結晶構造の乱れがさらに大き
くなったものを指す)、非晶質カーボン(アモルファス
カーボン、及びアモルファスカーボンと前記グラファイ
トの微結晶の混合物を指す)であり、その膜厚は、50
nm以下の範囲とするのが好ましく、30nm以下の範
囲とすることがより好ましい。
The carbon and the carbon compound include, for example, graphite (HOPG, PG, GC,
PG is an almost perfect graphite crystal structure, PG is a crystal grain having a crystal grain size of about 20 nm and slightly disordered, and GC is a crystal grain having a grain size of about 2 nm and disordered crystal structure is further increased.) Crystalline carbon (refers to amorphous carbon and a mixture of amorphous carbon and the microcrystals of graphite), and has a film thickness of 50
nm or less, and more preferably 30 nm or less.

【0081】(5)このような工程を経て得られた電子
放出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この安
定化工程は、真空容器内の有機物質排気する工程であ
る。真空容器内の圧力は、1〜3×10-7Torr以下
が好ましく、さらに1×10-8Torr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のが好ましい。具体的に
は、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装
置を挙げることができる。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
るのが好ましい。この時の加熱条件は、80〜200℃
で5時間以上が望ましいが、特にこの条件に限るもので
はなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成
などの諸条件により、適宜選ばれる条件により行う。
(5) The electron-emitting device obtained through such a step is preferably subjected to a stabilization step. This stabilization step is a step of exhausting organic substances in the vacuum vessel. The pressure in the vacuum vessel is preferably 1 to 3 × 10 −7 Torr or less, and more preferably 1 × 10 −8 Torr or less. It is preferable to use a vacuum exhaust device that does not use oil so that the oil generated from the device does not affect the characteristics of the element. Specifically, a vacuum exhaust device such as a sorption pump and an ion pump can be used. Further, when evacuating the inside of the vacuum vessel, the entire vacuum vessel is heated, and the inner wall of the vacuum vessel,
It is preferable that the organic substance molecules adsorbed on the electron-emitting device be easily exhausted. The heating condition at this time is 80 to 200 ° C.
5 hours or more is desirable, but the conditions are not particularly limited, and the conditions are appropriately selected depending on various conditions such as the size and shape of the vacuum vessel and the configuration of the electron-emitting device.

【0082】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても、十分安定
な特性を維持することができる。
The atmosphere at the time of driving after the stabilization step is preferably the same as the atmosphere at the end of the stabilization treatment, but is not limited to this, as long as the organic substance is sufficiently removed. Even though the degree of vacuum itself is slightly reduced, sufficiently stable characteristics can be maintained.

【0083】このような真空雰囲気を採用することによ
り、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、
結果として素子電流If、放出電流Ieが、安定する。
By adopting such a vacuum atmosphere, the deposition of new carbon or carbon compound can be suppressed.
As a result, the element current If and the emission current Ie are stabilized.

【0084】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について図5、図6を参
照しながら説明する。
The basic characteristics of the electron-emitting device to which the present invention can be applied obtained through the above-described steps will be described with reference to FIGS.

【0085】図5は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図5においても、図1に示した部
位と同じ部位には図1に付した符号と同一の符号を付し
ている。図5において、55は真空容器であり、56は
排気ポンプである。
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a vacuum processing apparatus. This vacuum processing apparatus also has a function as a measurement and evaluation apparatus. Also in FIG. 5, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. In FIG. 5, 55 is a vacuum vessel, and 56 is an exhaust pump.

【0086】また、真空容器55内には電子放出素子が
配されている。即ち、1は電子放出素子を構成する基板
であり、2及び3は素子電極、4は導電性薄膜、5は電
子放出部、6は酸化物被膜である。また、51は、電子
放出素子に素子電圧Vfを印加するための電源、50は
素子電極2,3間の導電性薄膜4を流れる素子電流If
を測定するための電流計、54は素子の電子放出部より
放出される放出電流Ieを捕捉するためのアノード電極
である。また、53はアノード電極54に電圧を印加す
るための高圧電源、52は素子の電子放出部5より放出
される放出電流Ieを測定するための電流計である。一
例として、アノード電極の電圧を1kV〜10kVの範
囲とし、アノード電極と電子放出素子との距離Hを2m
m〜8mmの範囲として測定を行うことができる。
An electron-emitting device is provided in the vacuum vessel 55. That is, 1 is a substrate constituting an electron-emitting device, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive thin film, 5 is an electron-emitting portion, and 6 is an oxide film. Reference numeral 51 denotes a power supply for applying a device voltage Vf to the electron-emitting device, and reference numeral 50 denotes a device current If flowing through the conductive thin film 4 between the device electrodes 2 and 3.
Is an anode electrode for capturing the emission current Ie emitted from the electron emission portion of the device. Reference numeral 53 denotes a high-voltage power supply for applying a voltage to the anode electrode 54, and reference numeral 52 denotes an ammeter for measuring an emission current Ie emitted from the electron emission section 5 of the device. As an example, the voltage of the anode electrode is in the range of 1 kV to 10 kV, and the distance H between the anode electrode and the electron-emitting device is 2 m.
Measurements can be made in the range of m to 8 mm.

【0087】真空容器55内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。排気ポンプ56は、ターボポンプ、ロータリーポ
ンプ等からなる通常の高真空装置系と、更にイオンポン
プ等からなる超高真空装置系とにより構成されている。
ここに示した電子源基板を配した真空処理装置の全体
は、不図示のヒーターにより、200℃まで加熱でき
る。
The vacuum container 55 is provided with equipment necessary for measurement in a vacuum atmosphere such as a vacuum gauge (not shown).
The measurement and evaluation can be performed in a desired vacuum atmosphere. The exhaust pump 56 is composed of a normal high vacuum system such as a turbo pump and a rotary pump, and an ultrahigh vacuum system such as an ion pump.
The entire vacuum processing apparatus provided with the electron source substrate shown here can be heated to 200 ° C. by a heater (not shown).

【0088】図6は、図5に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ie、素子電流Ifと素子電圧V
fの関係を模式的に示した図である。図6においては、
放出電流Ieが素子電流Ifに比べて著しく小さいの
で、任意単位で示している。なお、縦・横軸ともリニア
スケールである。
FIG. 6 shows emission current Ie, device current If, and device voltage V measured using the vacuum processing apparatus shown in FIG.
It is the figure which showed the relationship of f typically. In FIG.
Since the emission current Ie is significantly smaller than the element current If, it is shown in arbitrary units. The vertical and horizontal axes are linear scales.

【0089】図6からも明らかなように、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ieに関し
て対する三つの特徴的性質を有する。
As is apparent from FIG. 6, the surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied has three characteristic properties with respect to the emission current Ie.

【0090】即ち、(i)本素子はある電圧(しきい値
電圧と呼ぶ)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Vth以下では放出
電流Ieがほとんど検出されない。つまり、放出電流I
eに対する明確なしきい値電圧Vthを持った非線形素
子である。
That is, (i) the emission current Ie of the present device increases sharply when a device voltage higher than a certain voltage (referred to as a threshold voltage) is applied, whereas when the device voltage is lower than the threshold voltage Vth, the emission current Ie hardly increases. Not detected. That is, the emission current I
This is a non-linear element having a clear threshold voltage Vth for e.

【0091】(ii)放出電流Ieが素子電圧Vfに単調
増加依存するため、放出電流Ieは素子電圧Vfで制御
できる。
(Ii) Since the emission current Ie depends monotonically on the device voltage Vf, the emission current Ie can be controlled by the device voltage Vf.

【0092】(iii)アノード電極54に捕捉される放出
電荷は、素子電圧Vfを印加する時間に依存する。つま
り、アノード電極54に捕捉される電荷量は、素子電圧
Vfを印加する時間により制御できる。
(Iii) The emission charge captured by the anode electrode 54 depends on the time during which the device voltage Vf is applied. That is, the amount of charge captured by the anode electrode 54 can be controlled by the time during which the device voltage Vf is applied.

【0093】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応
じて、電子放出特性を容易に制御できることになる。こ
の性質を利用すると複数の電子放出素子を配して構成し
た電子源、画像形成装置等、多方面への応用が可能とな
る。
As understood from the above description, the surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied can easily control the electron emission characteristics according to the input signal. By utilizing this property, it is possible to apply to various fields such as an electron source and an image forming apparatus having a plurality of electron-emitting devices.

【0094】図6においては、素子電流Ifが素子電圧
Vfに対して単調増加する(以下、「MI特性」とい
う。)例を実線に示した。素子電流Ifが素子電圧Vf
に対して電圧制御型負性抵抗特性(以下、「VCNR特
性」という。)を示す場合もある(不図示)。これらの
特性は、前述の工程を制御することで制御できる。
In FIG. 6, an example in which the element current If monotonically increases with respect to the element voltage Vf (hereinafter referred to as “MI characteristic”) is shown by a solid line. The element current If is equal to the element voltage Vf.
May exhibit a voltage control type negative resistance characteristic (hereinafter, referred to as “VCNR characteristic”) in some cases (not shown). These properties can be controlled by controlling the steps described above.

【0095】図7は、素子電極間に印加する一定の素子
電圧Vfで、長時間駆動したときの放出電流Ieの時間
変化を示したものである。図中、実線で示したのは本発
明による電子放出素子、破線で示したのは酸化物被膜6
を形成しない比較用の素子のものである。製作当初の放
出電流Ieの半減時間を参考に提示している。
FIG. 7 shows a time change of the emission current Ie when the device is driven for a long time at a constant device voltage Vf applied between the device electrodes. In the figure, the solid line indicates the electron-emitting device according to the present invention, and the broken line indicates the oxide film 6.
Is a device for comparison without forming the same. The half emission time of the emission current Ie at the time of manufacture is presented for reference.

【0096】本発明によれば、基板1と電子放出部5の
間に形成された酸化物被膜6によって、高い電子放出電
流を取り出すことが可能な電子源を作成することが可能
となり、その結果きわめて高輝度な電子放出素子を形成
することが可能となった。
According to the present invention, the oxide film 6 formed between the substrate 1 and the electron-emitting portion 5 makes it possible to produce an electron source capable of extracting a high electron-emitting current. An extremely high-brightness electron-emitting device can be formed.

【0097】以上のように本発明に係わる電子放出素子
は、長時間にわたって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。
As described above, since the electron-emitting device according to the present invention has stable and high-luminance electron emission characteristics for a long time, it can be expected to be applied to various fields.

【0098】(電子放出素子の応用例)本発明を適用可
能な電子放出素子の応用例について以下に述べる。本発
明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の複数個を基板
上に配列し、例えば電子源、あるいは画像形成装置が構
成できる。
(Application Example of Electron-Emitting Element) An application example of an electron-emitting element to which the present invention can be applied will be described below. By arranging a plurality of surface conduction electron-emitting devices to which the present invention can be applied on a substrate, for example, an electron source or an image forming apparatus can be configured.

【0099】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。
Various arrangements of the electron-emitting devices can be employed.

【0100】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数
個配し(行方向と呼ぶ)、この配線と直交する方向(列
方向と呼ぶ)で、該電子放出素子の上方に配した制御電
極(グリッドとも呼ぶ)により、電子放出素子からの電
子を制御駆動するはしご状配置のものがある。これとは
別に、電子放出素子をX方向及びY方向に行列状に複数
個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の
一方を、X方向の配線に共通に接続し、同じ列に配され
た複数の電子放出素子の電極の他方を、Y方向の配線に
共通に接続するものが挙げられる。このようなものは所
謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配置
について以下に詳述する。
As an example, each of a large number of electron-emitting devices arranged in parallel is connected at both ends, a large number of rows of electron-emitting devices are arranged (referred to as a row direction), and a direction perpendicular to the wiring (column direction). There is a ladder arrangement in which electrons from the electron-emitting devices are controlled and driven by control electrodes (also called grids) arranged above the electron-emitting devices. Separately, a plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix in the X and Y directions, and one of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same row is commonly connected to a wiring in the X direction. One example is one in which the other of the electrodes of a plurality of electron-emitting devices arranged in the same column is commonly connected to a wiring in the Y direction. This is a so-called simple matrix arrangement. First, the simple matrix arrangement will be described in detail below.

【0101】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子については、前述したとおり(i)乃至(iii)の特性
がある。即ち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子
は、しきい値電圧以上では、対向する素子電極間に印加
するパルス状電圧の波高値と巾で制御できる。一方、し
きい値電圧以下では、殆ど放出されない。この特性によ
れば、多数の電子放出素子を配置した場合においても、
個々の素子に、パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信
号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して電子放
出量を制御できる。
The surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied has the characteristics (i) to (iii) as described above. That is, when the electron emission from the surface conduction electron-emitting device is equal to or higher than the threshold voltage, it can be controlled by the peak value and the width of the pulse voltage applied between the opposing device electrodes. On the other hand, when the voltage is equal to or lower than the threshold voltage, it is hardly emitted. According to this characteristic, even when a large number of electron-emitting devices are arranged,
If a pulse-like voltage is appropriately applied to each element, a surface conduction electron-emitting device can be selected and the amount of electron emission can be controlled according to an input signal.

【0102】(電子源)以下この原理に基づき、本発明
を適用可能な電子放出素子を複数配して得られる電子源
基板について、図8を用いて説明する。図8において、
81は電子源基板、82はX方向配線、83はY方向配
線である。84は表面伝導型電子放出素子、85は結線
である。尚、表面伝導型電子放出素子84は、前述した
平面型あるいは垂直型のどちらであってもよい。
(Electron Source) Based on this principle, an electron source substrate obtained by disposing a plurality of electron-emitting devices to which the present invention can be applied will be described with reference to FIG. In FIG.
81 is an electron source substrate, 82 is an X-direction wiring, and 83 is a Y-direction wiring. 84 is a surface conduction electron-emitting device, and 85 is a connection. The surface conduction electron-emitting device 84 may be of the above-mentioned flat type or vertical type.

【0103】m本のX方向配線82は、DX1 ,D
2 ,..DXm からなり、真空蒸着法、印刷法、スパ
ッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成するこ
とができる。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計され
る。Y方向配線83は、DY1 ,DY2 ,..DYn
n本の配線よりなり、X方向配線82と同様に形成され
る。これらm本のX方向配線82とn本のY方向配線8
3との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、
両者を電気的に分離している(m,nは、共に正の整
数)。
The m X-directional wirings 82 are DX 1 , D
X 2 ,. . Consists DX m, a vacuum evaporation method, printing method, it can be composed of a formed conductive metal or the like by sputtering or the like. The material, thickness, and width of the wiring are appropriately designed. The Y-direction wiring 83 includes DY 1 , DY 2 ,. . It is composed of n wirings DY n and is formed in the same manner as the X-directional wiring 82. These m X-directional wirings 82 and n Y-directional wirings 8
3, an interlayer insulating layer (not shown) is provided.
Both are electrically separated (m and n are both positive integers).

【0104】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたSiO2 等で構成
される。例えば、X方向配線82を形成した基板81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82とY方向配線83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82とY方向配線83は、それぞれ外部端子として引
き出されている。
An interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by using a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. For example, it is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the substrate 81 on which the X-directional wiring 82 is formed. The material and manufacturing method are appropriately set. The X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are led out as external terminals.

【0105】表面伝導型電子放出素子84を構成する一
対の電極(不図示)は、m本のX方向配線82とn本の
Y方向配線83と導電性金属等からなる結線85によっ
て電気的に接続されている。
A pair of electrodes (not shown) constituting the surface-conduction electron-emitting device 84 are electrically connected to each other by a connection 85 made of a conductive metal or the like with m X-direction wires 82 and n Y-direction wires 83. It is connected.

【0106】配線82と配線83を構成する材料、結線
85を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、またそれぞれ異なってもよい。これら材料は、例え
ば前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極
を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子
電極に接続した配線は素子電極ということもできる。
The material forming the wiring 82 and the wiring 83, the material forming the connection 85, and the material forming the pair of element electrodes may be partially or entirely the same or different from each other. Good. These materials are appropriately selected, for example, from the above-described materials for the device electrodes. When the material forming the element electrode is the same as the wiring material, the wiring connected to the element electrode can also be called an element electrode.

【0107】X方向配線82には、X方向に配列した表
面伝導型電子放出素子84の行を、選択するための走査
信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続され
る。一方、Y方向配線83には、Y方向に配列した表面
伝導型電子放出素子84の各列を入力信号に応じて、変
調するための不図示の変調信号発生手段が接続される。
各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印
加される走査信号と変調信号の差電圧として供給され
る。
A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the surface conduction electron-emitting devices 84 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 82. On the other hand, a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the surface conduction electron-emitting devices 84 arranged in the Y direction according to an input signal is connected to the Y-direction wiring 83.
The driving voltage applied to each electron-emitting device is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the device.

【0108】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。
In the above configuration, individual elements can be selected and driven independently using simple matrix wiring.

【0109】(画像形成装置)このような単純マトリク
ス配置の電子源を用いて構成した画像形成装置につい
て、図9と図10及び図11を用いて説明する。図9
は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図であ
り、図10は、図9の画像形成装置に使用される蛍光膜
の模式図である。図11は、NTSC方式のテレビ信号
に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロッ
ク図である。
(Image Forming Apparatus) An image forming apparatus constructed using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIGS. 9, 10 and 11. FIG. FIG.
Is a schematic diagram showing an example of a display panel of the image forming apparatus, and FIG. 10 is a schematic diagram of a fluorescent film used in the image forming apparatus of FIG. FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a drive circuit for performing display in accordance with an NTSC television signal.

【0110】図9において、81は電子放出素子を複数
配した電子源基板、91は電子源基板81を固定したリ
アプレート、96はガラス基板93の内面に蛍光膜94
とメタルバック95等が形成されたフェースプレートで
ある。92は支持枠であり、該支持枠92には、リアプ
レート91、フェースプレート96が接着材としてのフ
リットガラス等を用いて接続されている。98は外囲器
であり、例えば大気中、あるいは窒素中で、400〜5
00℃の温度範囲で10分以上焼成することで、封着し
て構成される。
In FIG. 9, reference numeral 81 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged; 91, a rear plate on which the electron source substrate 81 is fixed; 96, a fluorescent film 94 on the inner surface of a glass substrate 93;
And a face plate on which a metal back 95 and the like are formed. Reference numeral 92 denotes a support frame, and a rear plate 91 and a face plate 96 are connected to the support frame 92 using frit glass or the like as an adhesive. Reference numeral 98 denotes an envelope, for example, 400 to 5 in the atmosphere or in nitrogen.
Baking is performed for 10 minutes or more in a temperature range of 00 ° C. to form a seal.

【0111】また、84は、図1における電子放出部に
相当する。82,83は、表面伝導型電子放出素子の一
対の素子電極と接続されたX方向配線及びY方向配線で
ある。
Reference numeral 84 corresponds to the electron-emitting portion in FIG. Reference numerals 82 and 83 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device.

【0112】外囲器98は、上述の如く、フェースプレ
ート96、支持枠92、リアプレート91で構成され
る。リアプレート91は主に基板81の強度を補強する
目的で設けられるため、基板81自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート91は不要とすることがで
きる。即ち、基板81に直接支持枠92を封着し、フェ
ースプレート96、支持枠92及び基板81で外囲器9
8を構成しても良い。一方、フェースプレート96、リ
アプレート91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98を構成することもできる。
The envelope 98 is composed of the face plate 96, the support frame 92, and the rear plate 91 as described above. Since the rear plate 91 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the substrate 81, if the substrate 81 itself has sufficient strength, the separate rear plate 91 can be unnecessary. That is, the support frame 92 is directly sealed to the substrate 81, and the envelope 9 is sealed by the face plate 96, the support frame 92 and the substrate 81.
8 may be configured. On the other hand, by installing a support (not shown) called a spacer between the face plate 96 and the rear plate 91, an envelope 98 having sufficient strength against atmospheric pressure can be formed.

【0113】図10は、蛍光膜94の一部を示す模式図
である。蛍光膜94は、モノクロームの場合は蛍光体の
みから構成することができる。カラーの蛍光膜の場合
は、蛍光体の配列によりブラックストライプあるいはブ
ラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電材101と蛍
光体102とから構成することができる。ブラックスト
ライプ、ブラックマトリクスを設ける目的は、カラー表
示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体102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94における外光反射によるコントラス
トの低下を抑制することにある。ブラックストライプの
材料としては、通常用いられている黒鉛を主成分とする
材料の他、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材
料を用いることができる。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a part of the fluorescent film 94. The fluorescent film 94 can be composed of only a phosphor in the case of monochrome. In the case of a color fluorescent film, it can be composed of a black conductive material 101 called a black stripe or a black matrix and a fluorescent material 102 depending on the arrangement of the fluorescent materials. The purpose of providing the black stripes and the black matrix is to make the mixed portions inconspicuous by making the painted portions between the phosphors 102 of the necessary three primary color phosphors black in the case of color display, An object of the present invention is to suppress a decrease in contrast due to light reflection. As a material for the black stripe, a material which is conductive and has little light transmission and reflection can be used in addition to a commonly used material mainly containing graphite.

【0114】ガラス基板93に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜94の内面側には、通常メタルバ
ック95が設けられる。メタルバック95を設ける目的
は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレー
ト96側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させる
こと、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として
作用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突に
よるダメージから蛍光体を保護すること等である。メタ
ルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑
化処理(通常、「フィルミング」と呼ばれる。)を行
い、その後Alを真空蒸着等を用いて堆積させることで
作製できる。
The method of applying the phosphor on the glass substrate 93 can employ a precipitation method, a printing method, or the like irrespective of monochrome or color. Usually, a metal back 95 is provided on the inner surface side of the fluorescent film 94. The purpose of providing the metal back 95 is to improve the brightness by mirror-reflecting the light emitted from the phosphor toward the inner surface side to the face plate 96 side, and to act as an electrode for applying an electron beam acceleration voltage. And protecting the phosphor from damage caused by the collision of negative ions generated in the envelope. The metal back can be manufactured by performing a smoothing process (usually called “filming”) on the inner surface of the fluorescent film after manufacturing the fluorescent film, and then depositing Al using vacuum evaporation or the like.

【0115】フェースプレート96には、更に蛍光膜9
4の導電性を高めるため、蛍光膜94の外面側に透明電
極(不図示)を設けてもよい。この場合にはメタルバッ
ク95はなくてもよい。
The face plate 96 is further provided with the fluorescent film 9.
A transparent electrode (not shown) may be provided on the outer surface side of the fluorescent film 94 in order to increase the conductivity of No. 4. In this case, the metal back 95 may not be provided.

【0116】前述の外囲器98に封着を行う際には、カ
ラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる
必要があり、十分な位置合わせが不可欠となる。
When sealing the envelope 98, in the case of color, the phosphors of each color must correspond to the electron-emitting devices, and sufficient alignment is indispensable.

【0117】図9に示した画像形成装置は、例えば以下
のようにして製造される。
The image forming apparatus shown in FIG. 9 is manufactured, for example, as follows.

【0118】外囲器98は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプなどのオイルを使用しない排気装置により不図示の
排気管を通じて排気し、10-7Torr程度の真空度の
有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封止が成され
る。外囲器98の封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッター処理を行うこともできる。これは、外囲器98の
封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高
周波加熱等を用いた加熱により、外囲器98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Ba等が主成分
であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば1×10-5
ないしは1×10-7Torrの真空度を維持するもので
ある。ここで、表面伝導型電子放出素子のフォーミング
処理以降の工程は、適宜設定できる。
[0118] The envelope 98, similar to the aforementioned stabilization step, while being heated appropriately, ion pump, by an exhaust device not using oil, such as a sorption pump evacuated through an exhaust pipe (not shown), 10 -7 After the atmosphere is made sufficiently low in an organic substance having a degree of vacuum of about Torr, sealing is performed. In order to maintain the degree of vacuum after sealing the envelope 98, a getter process may be performed. This is because the getter arranged at a predetermined position (not shown) in the envelope 98 is heated by heating using resistance heating or high-frequency heating immediately before or after the envelope 98 is sealed. This is a process for forming a deposited film. A getter typically contains Ba as a principal component, the adsorption effect of the vapor deposition film, for example, 1 × 10 -5
Alternatively, a degree of vacuum of 1 × 10 −7 Torr is maintained. Here, steps after the forming process of the surface conduction electron-emitting device can be appropriately set.

【0119】(表示パネルの駆動回路)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、N
TSC方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を
行うための駆動回路の構成例について、図11を用いて
説明する。図11において、111は画像表示パネル、
112は走査回路、113は制御回路、114はシフト
レジスタである。115はラインメモリ、116は同期
信号分離回路、117は変調信号発生器、Vx及びVa
は直流電圧源である。
(Display Panel Driving Circuit) Next, a display panel constructed using electron sources arranged in a simple matrix has N
A configuration example of a driver circuit for performing television display based on a TSC television signal is described with reference to FIG. In FIG. 11, 111 is an image display panel,
112 is a scanning circuit, 113 is a control circuit, and 114 is a shift register. 115 is a line memory, 116 is a synchronizing signal separation circuit, 117 is a modulation signal generator, Vx and Va
Is a DC voltage source.

【0120】表示パネル111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
するための走査信号が印加される。
The display panel 111 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.

【0121】端子Dy1乃至Dynには、前記走査信号
により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素
子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加さ
れる。高圧端子Hvには、直流電圧源Vaより、例えば
10K[V]の直流電圧が供給されるが、これは表面伝
導型電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を
励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速電
圧である。
To the terminals Dy1 to Dyn, a modulation signal for controlling an output electron beam of each element of one row of surface conduction electron-emitting devices selected by the scanning signal is applied. The high voltage terminal Hv is supplied with a DC voltage of, for example, 10 K [V] from a DC voltage source Va, which is sufficient to excite the phosphor into an electron beam emitted from the surface conduction electron-emitting device. It is an accelerating voltage for applying energy.

【0122】走査回路112について説明する。同回路
は、内部にM個のスイッチング素子を備えたもので(図
中、S1乃至Smで模式的に示している)ある。各スイ
ッチング素子は、直流電圧源Vxの出力電圧もしくは0
[V](グランドレベル)のいずれか一方を選択し、表
示パネル111の端子Dx1乃至Dxmと電気的に接続
される。S1乃至Smの各スイッチング素子は、制御回
路113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 circuit 112 will be described. This circuit includes M switching elements inside (in the drawing, S1 to Sm are schematically shown). Each switching element is connected to the output voltage of the DC voltage source Vx or 0
[V] (ground level) is selected and electrically connected to the terminals Dx1 to Dxm of the display panel 111. Each of the switching elements S1 to Sm operates based on the control signal Tscan output from the control circuit 113, and can be configured by combining switching elements such as FETs, for example.

【0123】直流電圧源Vxは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性(電子放出しきい値電圧)に基
づき、走査されていない素子に印加される駆動電圧が電
子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力す
るよう設定されている。
In the case of the present embodiment, the DC voltage source Vx is based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the surface conduction electron-emitting device, and the driving voltage applied to the unscanned device is an electron emission threshold. It is set to output a constant voltage that is equal to or lower than the value voltage.

【0124】制御回路113は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作
を整合させる機能を有する。制御回路113は、同期信
号分離回路116より送られる同期信号Tsyncに基
づいて、各部に対してTscan及びTsft及びTm
ryの各制御信号を発生する。
The control circuit 113 has a function of matching the operation of each unit so that appropriate display is performed based on an image signal input from the outside. The control circuit 113 transmits Tscan, Tsft, and Tm to each unit based on the synchronization signal Tsync sent from the synchronization signal separation circuit 116.
ry control signals are generated.

【0125】同期信号分離回路116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ための回路で、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116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114に入力
される。
The synchronizing signal separating circuit 116 is a circuit for separating a synchronizing signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside, and uses a general frequency separating (filter) circuit or the like. Can be configured. The synchronizing signal separated by the synchronizing signal separating circuit 116 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 114.

【0126】シフトレジスタ114は、時系列的にシリ
アルに入力される前記DATA信号を、画像の1ライン
毎にシリアル/パラレル変換するためのもので、前記制
御回路113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
114のシフトクロックであるということもでき
る。)。シリアル/パラレル変換された画像1ライン分
(電子放出素子N素子分の駆動データに相当)のデータ
は、Id1乃至IdnのN個の並列信号として前記シフ
トレジスタ114より出力される。
The shift register 114 is for serially / parallel converting the DATA signal input serially in time series for each line of an image, and is based on a control signal Tsft sent from the control circuit 113. (That is, the control signal Tsft can be said to be a shift clock of the shift register 114). The data for one line of the serial-parallel-converted image (corresponding to drive data for N electron-emitting devices) is output from the shift register 114 as N parallel signals Id1 to Idn.

【0127】ラインメモリ115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ための記憶装置であ
り、制御回路113より送られる制御信号Tmryに従
って適宜Id1乃至Idnの内容を記憶する。記憶され
た内容は、I′d1乃至I′dnとして出力され、変調
信号発生器117に入力される。
The line memory 115 is a storage device for storing data for one line of an image for a required time only, and stores the contents of Id1 to Idn as appropriate according to a control signal Tmry sent from the control circuit 113. The stored contents are output as I'd1 to I'dn and input to the modulation signal generator 117.

【0128】変調信号発生器117は、画像データI′
d1乃至I′dnの各々に応じて表面伝導型電子放出素
子の各々を適切に駆動変調するための信号源であり、そ
の出力信号は、端子Doy1乃至Doynを通じて表示
パネル111内の表面伝導型電子放出素子に印加され
る。
Modulated signal generator 117 outputs image data I '.
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 I'dn, and its output signal is supplied to the surface conduction electron-emitting device in the display panel 111 through terminals Doy1 to Doyn. Applied to the emitting element.

【0129】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ieに対して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Vth
があり、Vth以上の電圧を印加された時のみ電子放出
が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素
子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。こ
のことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、
例えば電子放出しきい値以下の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出しきい値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を変化させることにより出力電子ビームの強
度を制御することが可能である。また、パルスの幅Pw
を変化させることにより出力される電子ビームの電荷の
総量を制御することが可能である。従って、入力信号に
応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧変
調方式、パルス幅変調方式等が採用できる。電圧変調方
式を実施するに際しては、変調信号発生器117とし
て、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータ
に応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧変調
方式の回路を用いることができる。
As described above, the electron-emitting device to which the present invention can be applied has the following basic characteristics with respect to the emission current Ie. That is, a clear threshold voltage Vth is required for electron emission.
And electron emission occurs only when a voltage higher than Vth is applied. For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold, the emission current also changes according to the change in the voltage applied to the device. From this, when applying a pulsed voltage to this element,
For example, when a voltage lower than the electron emission threshold is applied, electron emission does not occur, but when a voltage higher than the electron emission threshold is applied, an electron beam is output. At this time, the intensity of the output electron beam can be controlled by changing the pulse peak value Vm. Also, the pulse width Pw
, It is possible to control the total amount of charges of the output electron beam. 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. When implementing the voltage modulation method, a circuit of a voltage modulation method that generates a voltage pulse of a fixed length and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data is used as the modulation signal generator 117. be able to.

【0130】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117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 117, 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.

【0131】シフトレジスタ114やラインメモリ11
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われれば良いからである。
The shift register 114 and the line memory 11
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.

【0132】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路116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116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11
5の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、
変調信号発生器117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117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117には、例
えば高速の発振器及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)を組み合わせ
た回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパル
ス幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆
動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加すること
もできる。
When the digital signal type is used, it is necessary to convert the output signal DATA of the synchronizing signal separating circuit 116 into a digital signal. For this purpose, an A / D converter may be provided at the output of the synchronizing signal separating circuit 116. In connection with this, the line memory 11
Depending on whether the output signal of 5 is a digital signal or an analog signal,
The circuit used for modulation signal generator 117 is slightly different. That is, in the case of the voltage modulation method using a digital signal, for example, a D / A conversion circuit is used as the modulation signal generator 117, and an amplification circuit and the like are added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, the modulation signal generator 117 includes, for example, a high-speed oscillator, a counter for counting the number of waves output from the oscillator, and a comparator for comparing the output value of the counter with the output value of the memory. (Comparator) is used. If necessary, an amplifier for 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.

【0133】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117には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路(VCO)を
採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもで
きる。
In the case of the voltage modulation method using an analog signal, an amplification circuit using, for example, an operational amplifier can be used as the modulation signal generator 117, and a level shift circuit and the like can be added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, for example, a voltage-controlled oscillation circuit (VCO) can be employed, and an amplifier for amplifying the voltage up to the drive voltage of the surface conduction electron-emitting device can be added as necessary.

【0134】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95、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94に衝突し、発光が生
じて画像が形成される。
In the image display device to which the present invention can be applied, which has such a configuration, 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 95 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 94 and emit light to form an image.

【0135】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、SECAM方式などの
他、これよりも、多数の走査線からなるTV信号(例え
ば、MUSE方式をはじめとする高品位TV)方式をも
採用できる。
The configuration of the image forming apparatus described here is an example of an image forming apparatus to which the present invention can be applied, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. The input signal is described in the NTSC system. However, the input signal is not limited to this. In addition to the PAL and SECAM systems, a TV signal including a larger number of scanning lines (for example, the MUSE system and the like) High-definition TV).

【0136】本発明の画像形成装置は、テレビジョン放
送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等
の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光
プリンターとしての画像形成装置等としても用いること
ができる。
The image forming apparatus of the present invention can be used not only as a display device for a television broadcast, a display device such as a video conference system or a computer, but also as an image forming device as an optical printer using a photosensitive drum or the like. Can be used.

【0137】[0137]

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

【0138】[実施例1]本発明に係わる基本的な表面
伝導型電子放出素子の構成は、図1(a),(b)の平
面図及び断面図と同様である。
[Embodiment 1] The basic structure of a surface conduction electron-emitting device according to the present invention is the same as the plan view and cross-sectional view of FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0139】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の
製造法は、基本的には図3と同様である。以下、図1、
図3を用いて、本発明に係わる素子の基本的な構成及び
製造法を説明する。
The method for manufacturing the surface conduction electron-emitting device according to the present invention is basically the same as that shown in FIG. Hereinafter, FIG.
With reference to FIG. 3, the basic configuration and manufacturing method of the device according to the present invention will be described.

【0140】図1において、1は基板、2と3は素子電
極、4は導電性薄膜、5は電子放出部、6は酸化物被膜
である。
In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive thin film, 5 is an electron emitting portion, and 6 is an oxide film.

【0141】以下、順をおって製造方法の説明を図1及
び図3に基づいて説明する。
Hereinafter, the manufacturing method will be described in order with reference to FIG. 1 and FIG.

【0142】(工程−a)清浄化した青板ガラス上にS
YMETRIX社製の酸化セシウム塗布材料を用いて、
引き上げ速度200mm/minでディップコーティン
グを行った。この基板を120℃で30分乾燥した後、
470℃で30分前焼成を行い、550℃で60分本焼
成を行い厚さ約800Åの酸化物被膜6を形成した。
(Step-a) S
Using a cesium oxide coating material manufactured by YMETRIX,
Dip coating was performed at a lifting speed of 200 mm / min. After drying this substrate at 120 ° C. for 30 minutes,
Pre-baking was performed at 470 ° C. for 30 minutes, and main baking was performed at 550 ° C. for 60 minutes to form an oxide film 6 having a thickness of about 800 °.

【0143】(工程−b)厚さ0.5マイクロメートル
のシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板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、真空蒸着法により、厚さ5ナ
ノメートルのTi、厚さ100ナノメートルのNi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、Ni/Ti堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔L
は3マイクロメートルとし、素子電極の幅Wを300マ
イクロメートル、を有する素子電極2,3を形成した。
(Step-b) On a substrate 1 on which a 0.5 μm thick silicon oxide film was formed by sputtering,
A pattern to be a gap L between the device electrodes 2 and 3 and a desired device electrode is formed by a photoresist (RD-2000N-41).
Hitachi Chemical Co., Ltd.), and 5 nm thick Ti and 100 nm thick Ni were sequentially deposited by a vacuum evaporation method. The photoresist pattern is dissolved with an organic solvent, the Ni / Ti deposited film is lifted off, and the device electrode interval L
Was 3 micrometers, and device electrodes 2 and 3 having a width W of the device electrode of 300 micrometers were formed.

【0144】(工程−c)本工程に係わる電子放出素子
の導電性薄膜4のマスクは、素子間電極ギャップL及び
この近傍に開口を有するマスクであり、このマスクによ
り不図示の膜厚100ナノメートルのCr膜を真空蒸着
により堆積・パターニングし、そのうえに有機Pd(c
cp4230 奥野製薬(株)製)をスピンナーにより
回転塗布し、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、パラジウ
ムPdよりなる微粒子からなる導電性薄膜4の膜厚は1
0ナノメートル、シート抵抗値は2×104 Ω/□であ
った。なおここで述べる微粒子膜とは、上述したよう
に、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造と
して、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微
粒子が互いに隣接、あるいは、重なり合った状態(島状
も含む)の膜をさし、その粒径とは、前記状態で粒子形
状が認識可能な微粒子についての径をいう。
(Step-c) The mask of the conductive thin film 4 of the electron-emitting device according to this step is a mask having an inter-electrode electrode gap L and an opening in the vicinity thereof. Meter Cr film is deposited and patterned by vacuum evaporation, and organic Pd (c
cp4230 (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 made of fine particles of palladium Pd as the main element thus formed has a thickness of 1%.
The sheet resistance was 0 × 10 nm and the sheet resistance was 2 × 10 4 Ω / □. The fine particle film described here is, as described above, a film in which a plurality of fine particles are gathered, and as a fine structure, not only a state in which the fine particles are individually dispersed and arranged, but also the fine particles are adjacent to each other or overlap each other. A film in a state (including an island shape) is referred to, and the particle size refers to a diameter of a fine particle whose particle shape can be recognized in the state.

【0145】(工程−d)Cr膜及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所望のパタ
ーンを形成した。
(Step-d) The Cr film and the fired conductive thin film 4 were etched with an acid etchant to form a desired pattern.

【0146】以上の工程により基板1上に、酸化物層
6、素子電極2,3、導電性薄膜4を形成した。
Through the above steps, the oxide layer 6, the device electrodes 2, 3 and the conductive thin film 4 were formed on the substrate 1.

【0147】(工程−e)次に、測定評価装置に設置
し、真空ポンプにて排気し、2×10-5Torrの真空
度に達した後、素子に素子電圧Vfを印加するための不
図示の電源より、素子の素子電極2,3間に電圧を印加
し、通電フォーミングを行った。通電フォーミング処理
の電圧波形は、図4(b)に示したものである。
(Step-e) Next, the device was set in the measurement and evaluation apparatus, evacuated by a vacuum pump, and after reaching a degree of vacuum of 2 × 10 −5 Torr, a device for applying the device voltage Vf to the device was not used. A voltage was applied between the element electrodes 2 and 3 of the element from the power supply shown in the figure to perform energization forming. The voltage waveform of the energization forming process is that shown in FIG.

【0148】図中、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ミリ秒、T
2を10ミリ秒とし、矩形波の波高値(フォーミング時
のピーク電圧)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、T2間の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1Mオーム以上になった
時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了した。
In the figure, T1 and T2 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform. In this embodiment, T1 is 1 millisecond, T1
2 was set to 10 milliseconds, and the peak value (peak voltage at the time of forming) of the rectangular wave was increased in steps of 0.1 V to perform the forming process. During the forming process, a resistance measurement pulse was inserted at T2 at a voltage of 0.1 V, and the resistance was measured. The forming process was terminated when the value measured by the resistance measurement pulse became about 1 M ohm or more, and at the same time, the application of the voltage to the element was terminated.

【0149】この後、素子を1.0×10-9Torr超
高真空中に保持した。
Thereafter, the device was kept in an ultra high vacuum of 1.0 × 10 −9 Torr.

【0150】(工程−f)続いて、トルニトリルをアン
プルに封じたものをスローリークバルブを通して真空内
に導入し、1.0×10-6Torrを維持した。次にフ
ォーミング処理した素子に、図12に示した波形で波高
値±Vphを14Vで、印加期間T1,周期T2として活
性化処理をした。
(Step-f) Subsequently, the tolunitrile sealed in an ampoule was introduced into a vacuum through a slow leak valve to maintain 1.0 × 10 −6 Torr. Next, the element subjected to the forming process was subjected to an activation process with a peak value ± Vph of 14 V and an application period T1 and a period T2 with the waveform shown in FIG.

【0151】活性化処理とは、前述したように、(図5
に示した装置)の測定評価装置内で、素子電極間に、パ
ルス電圧をこの時、素子電流If及び放出電流Ieを測
定しながら、印加した。効率η(Ie×100/If)
(%)が、約30分で最大になったため、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。
As described above, the activation process is performed as shown in FIG.
A pulse voltage was applied between the device electrodes while measuring the device current If and the emission current Ie at this time. Efficiency η (Ie × 100 / If)
(%) Reached a maximum in about 30 minutes, so the energization was stopped, the slow leak valve was closed, and the activation process was terminated.

【0152】(工程−g)こうして、電子放出部5を形
成し電子放出素子を作製し、電子放出特性(図7)を評
価した。なお、アノード電極と電子放出素子間の距離を
4mm、アノード電極の電位を1000V、電子放出特
性測定時の真空装置内の真空度を1×10 -8Torrと
し、素子の電極2及び3の間に素子電圧を14V印加し
た。本実施例の酸化物被膜6を形成した素子は、図7に
示すように比較として用いた酸化物被膜6を形成しない
素子に比べ、明らかに従来の電子放出電流Ieよりいず
れも初期値が大きく、高輝度な電子放出特性を示し、図
7に示したように比較用素子の放出電流Ieが半減する
駆動時間においても、本実施例の素子の放出電流Ieは
従来より値が大きくまた劣化速度が小さかった。
(Step-g) Thus, the electron-emitting portion 5 is formed
And fabricated an electron-emitting device, and evaluated the electron-emitting characteristics (FIG. 7).
Valued. Note that the distance between the anode electrode and the electron-emitting device is
4 mm, anode electrode potential 1000 V, electron emission characteristics
The degree of vacuum in the vacuum device during the measurement of -8With Torr
Then, an element voltage of 14 V is applied between the electrodes 2 and 3 of the element.
Was. The device on which the oxide film 6 of the present embodiment is formed is shown in FIG.
As shown, the oxide film 6 used for comparison was not formed.
Compared with the device, the electron emission current Ie is clearly
They also have large initial values and high-brightness electron emission characteristics.
As shown in FIG. 7, the emission current Ie of the comparative device is reduced by half.
Also in the driving time, the emission current Ie of the device of this embodiment is
The value was larger and the degradation rate was smaller than before.

【0153】さらに、導電性薄膜4の材料として上記P
dOの他、Pd,Ni,Pt,Auのスパッタ膜を用
い、また酸化物薄膜6として上記Cs2 Oの他、K
2 O,Na 2 Oの酸化物をCVD法で形成した薄膜を用
いた種々の組み合わせによっても、同様の効果が得られ
た。
Further, as the material of the conductive thin film 4, the above P
Uses sputtered films of Pd, Ni, Pt, and Au in addition to dO
And the above-described Cs as the oxide thin film 6TwoO, K
TwoO, Na TwoUsing a thin film of O oxide formed by CVD
The same effect can be obtained by various combinations
Was.

【0154】[実施例2]本実施例では本発明に係わる
基本的な表面伝導型電子放出素子の構成は、図1
(a),(b)の平面図及び断面図と同様である。不安
定な酸化物被膜を酸化物被膜6として用いるために、次
のような工夫を行った。
[Embodiment 2] In this embodiment, the basic structure of a surface conduction electron-emitting device according to the present invention is shown in FIG.
(A) and (b) are the same as the plan view and the sectional view. In order to use an unstable oxide film as the oxide film 6, the following device was devised.

【0155】(工程−a)最初に、SYMETRIX社
製の酸化バリウム塗布材料と酸化シリコン塗布材料を混
合し、焼成後の酸化シリコンの成分比が50%以上とな
るように組成を適当に調整した。清浄化した青板ガラス
上に前述の溶液を用いて引き上げ速度200mm/mi
nでディップコーティングを行った。この基板を120
℃で30分乾燥した後、470℃で30分前焼成を行
い、550℃で60分本焼成を行い厚さ約80nmの酸
化物層6を形成した。
(Step-a) First, a barium oxide coating material and a silicon oxide coating material manufactured by SYMETRIX were mixed, and the composition was appropriately adjusted so that the component ratio of the fired silicon oxide was 50% or more. . Using the above solution on a cleaned blue plate glass, a pulling speed of 200 mm / mi
n, dip coating was performed. This substrate is
After drying at 30 ° C. for 30 minutes, pre-baking was performed at 470 ° C. for 30 minutes, and main firing was performed at 550 ° C. for 60 minutes to form an oxide layer 6 having a thickness of about 80 nm.

【0156】(工程−b)から(工程−g)まで、実施
例1と同様の工程を行った。
From (Step-b) to (Step-g), the same steps as in Example 1 were performed.

【0157】さらに、導電性薄膜4の材料として上記P
dOの他、Pd,Ni,Pt,Auのスパッタ膜を用
い、また酸化物被膜6として上記BaOの他、CaO,
CeO,MgOの酸化物をスパッタ蒸着ないしCVD法
で形成した薄膜を用いた種々の組み合わせによっても、
同様の効果が得られた。
Further, as the material of the conductive thin film 4, the above P
In addition to dO, a sputtered film of Pd, Ni, Pt, Au was used.
Various combinations using thin films formed by sputter deposition or CVD of oxides of CeO and MgO can also be used.
Similar effects were obtained.

【0158】以上のように本実施例においても、長時間
にわたり安定な電子放出特性が得られた。
As described above, also in this embodiment, stable electron emission characteristics were obtained for a long time.

【0159】[実施例3]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9に示した画像形成装置を図11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 3] 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. 9 using the drive circuit shown in FIG. 11 in accordance with an NTSC television signal.

【0160】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は、大画面化が容易
で、輝度が高く、視野角特性にも優れるため、本表示装
置は臨場感にあふれ、迫力に富んだ画像を視認性良く、
表示することが可能である。
In the present display device, the depth of the display device can be reduced particularly because the display panel using the surface conduction electron-emitting device as the electron beam source can be easily made thin. In addition, since the display panel using the surface conduction electron-emitting device as the electron beam source can be easily enlarged in size, has high brightness, and has excellent viewing angle characteristics, the present display device is full of presence and powerful. Image with good visibility,
It is possible to display.

【0161】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、かつ長時
間安定して表示することができた。
The display device of this example was able to display a television image according to the NTSC television signal in a favorable state for a long time and stably.

【0162】[0162]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面伝導
型電子放出素子によれば、高い電子放出電流を取り出す
ことが可能な電子放出素子を提供できる。
As described above, according to the surface conduction electron-emitting device of the present invention, an electron-emitting device capable of extracting a high electron-emitting current can be provided.

【0163】さらには、入力信号に応じて電子を放出す
る電子源においては、上記の電子放出素子を、基板上に
複数個配置して電子源を構成することにより、また、個
々の素子の両端を配線に接続した電子放出素子の行を複
数もち、更に、変調手段を有している配置法、あるい
は、基板に、互いに、電気的に、絶縁されたm本のX方
向配線とn本のY方向配線とに、該電子放出素子の一対
の素子電極とを接続した電子放出素子を複数個配列した
配置とする電子源とすることで、各電子放出素子が、良
好な電子放出特性を長時間にわたり保持し得る電子源を
提供できる。
Furthermore, in an electron source that emits electrons in response to an input signal, a plurality of the above-described electron-emitting devices are arranged on a substrate to constitute an electron source. Have a plurality of rows of electron-emitting devices connected to the wiring, and further have an arrangement method having a modulating means, or a substrate having m X-directional wirings and n wirings electrically insulated from each other. By providing an electron source in which a plurality of electron-emitting devices in which a pair of device electrodes of the electron-emitting device are connected to the Y-direction wiring are arranged, each electron-emitting device has good electron emission characteristics. An electron source that can be held over time can be provided.

【0164】また、画像形成装置においては、画像形成
部材と前記電子源より構成され、入力信号に基づいて画
像を形成するため、電子放出特性の安定性と寿命の向上
がなされ、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、高品位な画像形成装置、例えばカラー
フラットテレビが実現できる。
Further, in the image forming apparatus, since the image forming apparatus is composed of the image forming member and the electron source, and forms an image based on the input signal, the stability of the electron emission characteristics and the life are improved. In an image forming apparatus as an image forming member, a high-quality image forming apparatus, for example, a color flat television can be realized.

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

【図1】本発明に好適な基本的な表面伝導型電子放出素
子の構成を示す模式的平面図及び断面図である。
FIGS. 1A and 1B are a schematic plan view and a sectional view showing a configuration of a basic surface conduction electron-emitting device suitable for the present invention.

【図2】本発明に好適な基本的な垂直型表面伝導型電子
放出素子の構成を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a basic vertical surface conduction electron-emitting device suitable for the present invention.

【図3】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の製造
方法の一例である。
FIG. 3 is an example of a method for manufacturing a surface conduction electron-emitting device suitable for the present invention.

【図4】本発明に好適な通電フォーミングの電圧波形の
例である。
FIG. 4 is an example of a voltage waveform of energization forming suitable for the present invention.

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

【図6】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の放出
電流Ie及び素子電流Ifと素子電圧Vfの関係の典型
的な例である。
FIG. 6 is a typical example of the relationship between the emission current Ie, the device current If, and the device voltage Vf of a surface conduction electron-emitting device suitable for the present invention.

【図7】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の駆動
時間による放出電流Ieの変化を示す典型的な例であ
る。
FIG. 7 is a typical example showing a change of an emission current Ie depending on a driving time of a surface conduction electron-emitting device according to the present invention.

【図8】本発明の電子放出素子を単純マトリクス状に配
置した電子源である。
FIG. 8 shows an electron source in which the electron-emitting devices of the present invention are arranged in a simple matrix.

【図9】本発明の画像形成装置の表示パネルの概略構成
図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a display panel of the image forming apparatus of the present invention.

【図10】本発明の画像形成装置に用いる蛍光膜であ
る。
FIG. 10 shows a fluorescent film used in the image forming apparatus of the present invention.

【図11】画像形成装置をNTSC方式のテレビ信号に
応じて表示を行う例の駆動回路のブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram of a driving circuit of an example in which an image forming apparatus performs display according to an NTSC television signal.

【図12】本発明に好適な活性化パルスの形状である。FIG. 12 shows an activation pulse shape suitable for the present invention.

【図13】従来の表面伝導型電子放出素子の平面図であ
る。
FIG. 13 is a plan view of a conventional surface conduction electron-emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2,3 素子電極 4 導電性薄膜 5 電子放出部あるいは電子放出部形成材料 6 酸化物薄膜 21 段さ形成部 50 素子電極2,3間の導電性薄膜を流れる素子電流
Ifを測定するための電流計 51 電子放出素子に素子電圧Vfを印加するための電
源 52 素子の電子放出部より放出される放出電流Ieを
測定するための電流計 53 アノード電極54に電圧を印加するための高圧電
源 54 アノード電極 55 真空装置 56 排気ポンプ 81 電子源基板 82 X方向配線 83 Y方向配線 84 表面伝導型電子放出素子 85 結線 91 リアプレート 92 支持枠 93 ガラス基板 94 蛍光膜 95 メタルバック 96 フェースプレート 97 高圧端子 98 外囲器 101 黒色導電材 102 蛍光体 111 表示パネル 112 走査回路 113 制御回路 114 シフトレジスタ 115 ラインメモリ 116 同期信号分離回路 117 変調信号発生器 Vx及びVa 直流電圧源 151 層間絶縁層 152 コンタクトホール 171 Cr膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2, 3 Device electrode 4 Conductive thin film 5 Electron emission part or electron emission part forming material 6 Oxide thin film 21 Step formation part 50 For measuring device current If flowing through a conductive thin film between device electrodes 2 and 3. 51 A power supply for applying the device voltage Vf to the electron-emitting device 52 An ammeter for measuring the emission current Ie emitted from the electron-emitting portion of the device 53 A high-voltage power supply for applying a voltage to the anode 54 54 Anode electrode 55 Vacuum device 56 Exhaust pump 81 Electron source substrate 82 X-direction wiring 83 Y-direction wiring 84 Surface conduction electron-emitting device 85 Connection 91 Rear plate 92 Support frame 93 Glass substrate 94 Fluorescent film 95 Metal back 96 Face plate 97 High pressure Terminal 98 envelope 101 black conductive material 102 phosphor 111 display panel 112 scanning circuit 11 The control circuit 114 the shift register 115 a line memory 116 synchronizing signal separation circuit 117 modulation signal generator Vx and Va dc voltage sources 151 interlayer insulating layer 152 contact hole 171 Cr film

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に形成された対向する一対
の素子電極と、前記一対の素子電極間に形成された電子
放出部を有する導電性薄膜とからなる電子放出素子であ
って、 前記絶縁性基板と前記電子放出部との間に形成される層
が金属酸化物を含み、該金属酸化物の少なくとも一部が
カーボン等の還元材料によって容易に還元される材料を
少なくとも一部含む材料によって構成されていることを
特徴とする電子放出素子。
1. An electron-emitting device comprising: a pair of opposing element electrodes formed on an insulating substrate; and a conductive thin film having an electron-emitting portion formed between the pair of element electrodes, A material in which a layer formed between an insulating substrate and the electron-emitting portion contains a metal oxide, and at least a part of the metal oxide contains at least a material easily reduced by a reducing material such as carbon. An electron-emitting device characterized by comprising:
【請求項2】 上記金属酸化物が単一組成酸化物である
場合は、その単一組成酸化物の1モルあたりの標準生成
自由エネルギーの値が同一温度のシリカ(SiO2 )の
1モルあたりの標準生成自由エネルギーの値よりもその
絶対値が小さいことを特徴とする請求項1に記載の電子
放出素子。
2. When the metal oxide is a single-component oxide, the value of the standard free energy of formation per mole of the single-component oxide is per mole of silica (SiO 2 ) having the same temperature. 2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the absolute value is smaller than the value of the standard free energy of formation.
【請求項3】 上記金属酸化物が複合酸化物(母材+金
属酸化物)である場合は、その複合酸化物の1モルあた
りの標準生成自由エネルギーの値が、同一温度におい
て、母材となる材料の1モルあたりの標準生成自由エネ
ルギーの値よりもその絶対値が小さいことを特徴とする
請求項1又は2に記載の電子放出素子。
3. When the metal oxide is a composite oxide (base material + metal oxide), the value of the standard free energy of formation per mole of the composite oxide is equal to that of the base material at the same temperature. 3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the absolute value of the material is smaller than the value of the standard free energy of formation per mole of the material.
【請求項4】 前記金属酸化物は、アルカリ金属(1A
族)、アルカリ土類金属(2A族)、6A族、7A族、
8族、1B族、2B族及びSn、Pb、Sb、Bi、P
の単一組成酸化物あるいは前記金属酸化物の少なくとも
一部がシリカ等の母材に含まれる複合酸化物であること
を特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
4. The method according to claim 1, wherein the metal oxide is an alkali metal (1A).
Group), alkaline earth metal (group 2A), group 6A, group 7A,
Group 8, 1B, 2B and Sn, Pb, Sb, Bi, P
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein at least a part of the metal oxide is a composite oxide contained in a base material such as silica. 3.
【請求項5】 請求項4に記載の電子放出素子におい
て、前記金属酸化物の材料は、Cs2 O,K2 O,Na
2 O,Cu2 O,BaO,CaO,MgO,SrO,P
bO,NiO,SnO,CoO,Cr2 3 ,In2
3 ,Fe2 3,WO2 ,MnO2 の単一酸化物あるい
はシリカ(SiO2 )との複合酸化物のいずれか1つで
あることを特徴とする電子放出素子。
5. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the material of the metal oxide is Cs 2 O, K 2 O, Na
2 O, Cu 2 O, BaO, CaO, MgO, SrO, P
bO, NiO, SnO, CoO, Cr 2 O 3, In 2 O
3, Fe 2 O 3, WO 2, the electron-emitting device which is characterized in that any one of a single oxide of MnO 2 or silica composite oxide of (SiO 2).
【請求項6】 請求項3又は4に記載の電子放出素子に
おいて、前記母材となる材料は、シリカ(SiO2 )、
アルミナ(Al2 3 )、マグネシア(MgO)のいず
れか1つの材料であることを特徴とする電子放出素子。
6. The electron-emitting device according to claim 3, wherein the base material is silica (SiO 2 ).
An electron-emitting device comprising one of alumina (Al 2 O 3 ) and magnesia (MgO).
【請求項7】 請求項1乃至6に記載の電子放出素子に
おいて、前記電子放出素子は表面伝導型の電子放出素子
であることを特徴とする電子放出素子。
7. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said electron-emitting device is a surface-conduction electron-emitting device.
【請求項8】 入力信号に応じて電子を放出する電子源
であって、請求項1乃至7に記載の電子放出素子を、前
記絶縁性基板上に、複数個配置したことを特徴とする電
子源。
8. An electron source which emits electrons in response to an input signal, wherein a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1 are arranged on the insulating substrate. source.
【請求項9】 請求項8に記載の電子源において、前記
絶縁性基板に、複数の電子放出素子を複数個並列に配置
し、個々の前記電子放出素子の両端を配線に接続した前
記電子放出素子の行を複数有し、更に、前記入力信号を
変調する変調手段を有することを特徴とする電子源。
9. An electron source according to claim 8, wherein a plurality of electron-emitting devices are arranged in parallel on said insulating substrate, and both ends of each of said electron-emitting devices are connected to a wiring. An electron source, comprising: a plurality of rows of elements; and a modulating means for modulating the input signal.
【請求項10】 請求項9に記載の電子源において、前
記絶縁性基板に配置した互いに電気的に絶縁されたm本
のX方向配線とn本のY方向配線とに、前記電子放出素
子の一対の素子電極とを接続した前記電子放出素子を複
数個配列したことを特徴とする電子源。
10. The electron source according to claim 9, wherein the m number of X-direction wirings and the n number of Y-direction wirings electrically insulated from each other are arranged on the insulating substrate. An electron source, wherein a plurality of the electron-emitting devices connected to a pair of device electrodes are arranged.
【請求項11】 入力信号に基いて画像を形成する画像
形成装置であって、少なくとも、前記絶縁性基板に対向
する蛍光膜を備えた画像形成部材と、請求項9又は10
に記載の電子源とより構成されたことを特徴とする画像
形成装置。
11. An image forming apparatus for forming an image based on an input signal, wherein the image forming member includes at least a fluorescent film facing the insulating substrate.
An image forming apparatus, comprising: the electron source according to (1).
【請求項12】 絶縁性基板上に形成された対向する一
対の素子電極と、前記一対の素子電極間に形成された電
子放出部を有する導電性薄膜とからなる電子放出素子の
製造方法であって、 前記絶縁性基板と前記電子放出部との間に金属酸化物を
含む層を形成し、前記金属酸化物の少なくとも一部に含
まれる材料がカーボン等の還元材料によって還元される
ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
12. A method for manufacturing an electron-emitting device comprising: a pair of opposing element electrodes formed on an insulating substrate; and a conductive thin film having an electron-emitting portion formed between the pair of element electrodes. Forming a layer containing a metal oxide between the insulating substrate and the electron-emitting portion, wherein a material contained in at least a part of the metal oxide is reduced by a reducing material such as carbon. A method for manufacturing an electron-emitting device.
【請求項13】 上記金属酸化物が単一組成酸化物であ
る場合は、その単一組成酸化物の1モルあたりの標準生
成自由エネルギーの値が同一温度のシリカ(SiO2
の1モルあたりの標準生成自由エネルギーの値よりもそ
の絶対値が小さいか、又は上記金属酸化物が複合酸化物
(母材+金属酸化物)である場合は、その複合酸化物の
1モルあたりの標準生成自由エネルギーの値が、同一温
度において、母材となる材料の1モルあたりの標準生成
自由エネルギーの値よりもその絶対値が小さいことを特
徴とする請求項12に記載の電子放出素子の製造方法。
13. When the metal oxide is a single composition oxide, silica (SiO 2 ) having a standard free energy of formation per mole of the single composition oxide of the same temperature is used.
If the absolute value is smaller than the value of the standard free energy of formation per mole of the compound, or if the metal oxide is a composite oxide (base material + metal oxide), 13. The electron-emitting device according to claim 12, wherein the value of the standard free energy of formation is smaller than the value of the standard free energy of formation per mole of the base material at the same temperature. Manufacturing method.
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