JP2000251642A - 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置 - Google Patents
電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置Info
- Publication number
- JP2000251642A JP2000251642A JP5149499A JP5149499A JP2000251642A JP 2000251642 A JP2000251642 A JP 2000251642A JP 5149499 A JP5149499 A JP 5149499A JP 5149499 A JP5149499 A JP 5149499A JP 2000251642 A JP2000251642 A JP 2000251642A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron
- emitting device
- gap
- carbon
- members
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
Abstract
素子を提供する。また、均一で動作安定性に優れ、より
高品位な画像を形成し得る電子源及び画像形成装置を提
供することにある。 【解決手段】 この電子放出素子は、絶縁性基体1の主
表面上の一対の電極部材2,3間に、第一の間隙6によ
って互いに対向する端部を有しかつ前記一対の電極部材
にそれぞれ電気的に接続される第一及び第二の導電性膜
部材4を設け;電子放出部5を形成するための第二の間
隙7を有する第一及び第二の炭素含有膜部材10を前記
第一及び第二の導電性膜部材の対向端部近傍にそれぞれ
設け;前記第二の間隙を有して対向する前記第一及び第
二の炭素含有膜部材が前記第二の間隙の延在方向に凹凸
部15を有する構成である。
Description
の電子放出素子を用いた電子源、及びこの電子源を用い
た画像形成装置に関する。
て熱電子源及び冷陰極電子源の2種類が知られている。
冷陰極電子源を構成する電子放出素子には、電界放出型
(FE型)、金属・絶縁層・金属型(MIM型)及び表
面伝導型などの電子放出素子がある。
P.Dyke&W.W.Dolan,“Field E
mission”,Advance in Elect
ronPhysics,8,89(1956)あるいは
C.A.Spindt,“Physical Prop
erties of Thin−film Field
Emission Cathodes with M
olybdeniumCones”,J.Appl.P
hys.,47,5248(1976)等が知られてい
る。
A.Mead、“Operation of Tunn
el−Emission Devices”,J.Ap
ply.Phys.32,646(1961)等が知ら
れている。
は、M.I.Elinson、Radio Eng.E
lectron Phys.,10,1290(196
5)等がある。
れた小面積の薄膜に、膜面に並行に電流を流すことによ
り、電子放出が生ずる現象を利用するものである。この
表面伝導型電子放出素子としては、上記エリンソン等に
よるSnO2 薄膜を用いたもの、Au薄膜によるもの
〔G.Ditmmer,Thin Solid Fil
ms,9,317(1972)〕、ln2 O3 −SnO
2 薄膜によるもの〔M.Hartwell and
C.G.Fonsted,IEEE Trans.ED
Conf.,519(1975)〕、カーボン薄膜に
よるもの〔荒木久他:真空、第26巻、第1号、22頁
(1983)〕等が報告されている。
の応用に関し、多数の提案を行っている。その構成及び
製造方法は、例えば特開平7−235255号公報及び
特開平8−171849号公報などに開示されている。
表面伝導型電子放出素子は、図18(A),(B)に模
式的に示すように、基板1上に対向する一対の素子電極
2,3と、これらの素子電極に接続されその一部に電子
放出部5を有する導電性薄膜4とを備える。図18
(A)は平面図、図18(B)は断面図である。電子放
出部5は、上記導電性薄膜の一部が破壊・変形ないし変
質され、間隙が形成された部分であり、間隙内部及びそ
の近傍の導電性薄膜4上には、活性化と呼ばれる工程に
より、炭素及び/または炭素化合物を主成分とする堆積
物が形成されている。これにより放出される電子の量が
大幅に増大する。
処理(フォーミング工程)で間隙部を好ましい状態に形
成するために、導電性微粒子により構成される。
は、これを適用した画像形成装置が、表示画像を構成す
る画素間の輝度のばらつきが少ない均一な画像を安定し
て提供できるよう、電子放出特性の均一性と安定性の向
上が要望されている。
ング及び活性化処理によって形成された電子放出部は、
電子放出点の密度が小さくなることがあり、その場合、
電子放出部全体にわたって均一に電子放出しないという
問題があった。
例えば平面型画像形成装置などに利用する電子源を形成
すると、素子間においても電子放出部の形態が不均一で
あり、その電子放出特性に至っても均一な電子放出を行
うことが困難である。
一で動作安定性に優れた画像形成装置を提供することは
極めて難しい。
性を有する電子放出素子を提供することにある。
定性に優れ、より高品位な画像を形成し得る電子源及び
画像形成装置を提供することにある。
に、本発明の電子放出素子は、絶縁性基体の主表面上の
一対の電極部材間に、間隙によって互いに対向する端部
を有しかつ前記一対の電極部材にそれぞれ電気的に接続
される第一及び第二の炭素含有膜部材を設け;前記第一
及び第二の炭素含有膜部材が前記間隙の延在方向に凹凸
部を有する構成である。
は、ガラス材料から形成された基体と;この基体の主表
面上に設けられた一対の電極部材と;これら一対の電極
部材にそれぞれ電気的に接続され、かつ第一の間隙によ
って互いに対向する端部を有する第一及び第二の導電性
膜部材と;前記第一の間隙より小さい間隔寸法でありか
つ電子放出部を形成するための第二の間隙を有して前記
第一及び第二の導電性膜部材の対向端部近傍にそれぞれ
設けられた第一及び第二の炭素含有膜部材とを備え;前
記第二の間隙を有して対向する前記第一及び第二の炭素
含有膜部材が前記第二の間隙の延在方向に凹凸部を有す
る。
素含有膜部材は炭素を主成分とする堆積物であり、有機
物質を含む雰囲気中で行う活性化処理時に形成される。
また、前記活性化処理のための有機物質ガスが気化トル
ニトリルである。
mの周期構造を有して設けられている。また、前記凹凸
部は振幅100nm以下の周期構造を有して設けられて
いる。
電子放出素子を適用して構成される。
微小間隙部の導電性膜部材に形成された炭素含有膜部材
が微小間隙の延在方向に凹凸部を有するので、電子放出
点密度が高くなる。
の電子放出は独立して揺らぐので、ある時間でみると、
電子放出していない領域が多く出現する可能性が大きく
なり、全体としての電子放出は揺らぎが大きく不均一に
なる。これに対して、電子放出点密度が高いと、隣接放
出点間の電子放出に相関が生じ、ある電子放出点の電流
密度が大きくなると、隣接した電子放出点の電流密度が
小さくなる、或いはある電子放出点の電流密度が小さく
なると、隣接した電子放出点の電流密度が大きくなる。
その結果、全体としての電子放出は均一化する。
合、全電子放出部にわたって凹凸構造が均一に存在する
ことになる。
て構成した電子源においては、画素対応の素子間での電
子放出の不均一性が減少する。
いて、図面を参照して説明する。
を模式的に示した平面図及び断面図である。ガラス材料
から形成された絶縁性基板1上に一対の素子電極2,3
が対向して配置されており、後述するフォーミング処理
等により導電性薄膜4の一部に形成された間隙6を置い
て、導電性薄膜4が基板1表面に対して横方向に対向し
ている。そして、導電性薄膜4が素子電極2,3の表面
を覆うことで、一対の電極2,3と導電性薄膜4とが電
気的に接続される。
フォーミングにより形成する上記間隙6程度の幅に形成
する場合は、導電性薄膜4と電極2、3とを別々に形成
しなくともよい。
間隙6内の基板1上及びその近傍の導電性薄膜4上に、
堆積物である炭素を有する膜10が配される。また、上
記したように、導電性薄膜4を用いない場合には、電極
2、3と炭素を有する膜10とが直接接続される。な
お、本発明に於いては、堆積物と炭素を有する膜とは同
一のものを指す。また、炭素を有する膜10は、間隙6
内に配された間隙7を置いて、基板1表面に対して横方
向に対向して配される。なお、図1に示した構成だけで
なく、基板1上に導電性薄膜4、対向する素子電極2,
3の順に積層した構成とすることもできる。
工程及びフォーミング処理工程を、図2(A)〜(C)
を用いて説明する。
て十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により素子
電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技術を
用いて基板1上に素子電極2,3を形成する(図2
(A))。
属化合物の溶液を塗布して、有機金属化合物薄膜を形成
する。有機金属化合物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2(B))。
説明したが、導電性薄膜4の形成方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。また、上記の有機金属化合物の溶液
をインクジェット装置により所望の位置に液滴として付
与する方法を用いることもでき、この場合はリフトオフ
やエッチングによるパターニング工程は不要となる。
ォーミング処理の方法として、導電性薄膜4の還元を促
すガスを含む雰囲気中での通電処理による方法を説明す
る。導電性薄膜4が金属酸化物よりなる場合は、このガ
スとし水素が使用可能である。導電性薄膜4を形成した
上記電子放出素子を、真空装置内に設置し、内部を例え
ば1×10−5<−5乗>Torr程度の圧力以下とな
るように排気し、N2:98%− H2:2%の混合ガスを1×10
−3<−3乗>Torr程度、真空装置内に導入し、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に間隙6が形成される(図2
(C))。
電性薄膜4を構成する物質が金属酸化物から金属に変化
し、その際、凝集を伴って間隙の形成が促進される。更
に、好ましくは、基板温度を室温以上の温度:50〜1
00℃程度に設定する。
く、パルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加
する図4に示した手法があげられる。図4におけるT1
及びT2は電圧波形のパルス幅とパルス間隔とである。
通常、T1は1μsec.〜10msec.、T2は1
0μsec.〜数100msec.の範囲で設定され
る。矩形波の波高値は、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。
ォーミング用のパルス電圧の間に、導電性薄膜4を局所
的に破壊、変形しない程度のパルス電圧を挿入し、その
時の電流を測定して抵抗値を検知することにより決定す
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。
上記以外でも、間隙6が適切に形成される方法であれば
採用することができる。
には対向する素子電極端におよそ平行に、直線状に形成
されているが、微視的には、導電性薄膜4の対向端部に
波状或いは鋸刃状のうねり構造形態で、基板表面に平行
に形成される。
は、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、上記一対の
素子電極間にパルス電圧を繰り返し印加して、間隙6内
の基板1上及びその周囲に炭素を有する膜10を堆積さ
せる工程である。この工程により素子に流れる電流であ
る素子電流Ifは著しく変化し、また、電子放出電流I
eも増大する。活性化処理の終了判定は、素子電流If
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。
質のガスを含有する雰囲気としては、蒸気圧があまり高
くなく、かつ重合しやすい有機物質のガスを含有する雰
囲気が好ましい。この条件を満たすものとしては具体的
には、気化したトルニトリルを含有する雰囲気が挙げら
れるが、間隙6内及びその周囲の堆積物である炭素を有
する膜10の形成に不都合がなければ、特に制限される
ものではない。またこの雰囲気は、例えばイオンポンプ
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などによって得られる。さらにこ
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。
10を構成する炭素とは、例えばグラファイト(いわゆ
るHOPG,PG,GCを包含する。HOPGはほぼ完
全なグラファイトの結晶構造、PGは結晶粒が200Å
程度で結晶構造がやや乱れたもの、GCは結晶粒が20
Å程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったもの
である)、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上記グラファイトの微結晶
との混合物)であり、その膜厚は、5〜100nmの範
囲とするのが好ましい。
の模式図を示す。図5(A)は、電子放出素子を上部か
ら見た図である。上記のようにして形成された導電性薄
膜4の炭素を有する膜10は、間隙7に沿って対向方向
及び高さ方向に凹凸15を有する。図5(A)中の点線
B−B' に沿った断面の模式図を図5(B)に示す。ま
た、図5(C)は図5(B)の拡大図である。
性化条件によっても異なるが、10nm〜1μmの周期
で特徴づけられる周期構造を有する。この凹凸15はフ
ォーミング及び活性化条件によっても異なるが、基板1
に垂直な方向に100nm以下の高さを有する。また、
この凹凸15の持つ周期性は、フォーミング直後に観察
される、微視的な波状構造のスケールとおよそ対応して
いる。
素子は、安定化処理を行うことが好ましい。この処理
は、電子放出素子に吸着している余分な有機物質分子な
どを除去する工程である。上記電子放出素子を真空容器
内に設置し、容器内を排気する。これに用いる真空排気
装置は、装置から発生するオイルが真空容器内に拡散し
ないよう、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とイオンポンプと
を組み合わせた真空排気装置等である。
炭素化合物が素子上にほぼ新たに堆積しない分圧で1×
10−8<−8乗>Torr以下が好ましく、さらには
1×10−10<−10乗>Torr以下が特に好まし
い。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全
体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着し
た余分な有機物質分子を排気しやすくするのが好まし
い。このときの加熱条件は、80〜250℃、好ましく
は150℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望ま
しいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の
大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により
適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力
低くすることが必要で、1×10−7<−7乗>Tor
r以下が好ましく、さらに1×10−8<−8乗>To
rr以下が特に好ましい。
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することが出来る。 このような真空雰囲気
を採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物
の堆積を抑制でき、また真空容器や基板などに吸着した
H2 O,O2 なども除去でき、結果として素子電流I
f,放出電流Ieが安定する。
可能な電子放出素子の基本特性について図3、図7を参
照しながら説明する。
である。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3において、真空容器35内に
は電子放出素子が配されている。即ち、1は電子放出素
子を構成する基体(基板)であり、2及び3は素子電
極、4は導電性薄膜、5は間隙6,7及びその近傍の領
域である電子放出部である。31は電子放出素子に素子
電圧Vfを印加するための電源、30は素子電極2,3
間の導電性薄膜4を流れる素子電流Ifを測定するため
の電流計、34は電子放出部より放出される放出電流I
eを捕捉するためのアノード電極である。33はアノー
ド電極34に電圧を印加するための高圧電源、32は素
子の電子放出による放出電流Ieを測定するための電流
計である。一例として、アノード電極の電圧を1kV〜
10kVの範囲とし、アノード電極と電子放出素子との
距離Hを2mm〜8mmの範囲として測定を行うことが
できる。
下での測定に必要な機器が設けられていて、所望の真空
雰囲気での測定評価を行えるようになっている。電源3
1が十分な電力を供給できるものであれば、この装置に
より上記フォーミング処理工程に用いることができるの
は言うまでもない。また、真空処理装置の全体を、ヒー
ターにより加熱できるようにすれば、上記の安定化処理
工程に使用することもできる。
て測定された放出電流Ieと素子電流Ifと素子電圧V
fの関係を模式的に示した図である。図7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。
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。即ち、 (1)本素子はある電圧(しきい値電圧と呼ぶ、図7中
のVth)以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流
Ieが増加し、一方しきい値電圧Vth以下では放出電
流Ieがほとんど検出されない。つまり、放出電流Ie
に対する明確なしきい値電圧Vthを持った非線形素子
である。
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。
電子の量は、素子電圧Vfを印加する時間に依存する。
つまり、アノード電極34に捕捉される電子の量は、素
子電圧Vfを印加する時間により制御できる。
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。
Vfに対して単調増加する(MI特性)例を示した。上
述した製造工程によっては、素子電流Ifが素子電圧V
fに対して電圧制御型負性抵抗特性(VCNR特性)を
示す場合もあるが、上記安定化処理を行うことによりM
I特性に変化する。
を基体上に複数配置した電子源を作成することが可能で
ある。また電子放出素子の配列については、種々のもの
が採用できる。一例として、並列に配置した多数の電子
放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多
数個配し(行方向)、この配線と直交する方向(列方
向)で、電子放出素子の上方に配した制御電極(グリッ
ド)により、電子放出素子からの電子を制御駆動するは
しご型配置のものがある。
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。
る。表面伝導型電子放出素子については、前述したとお
り(1)ないし(3)の特徴がある。即ち、表面伝導型
電子放出素子からの放出電子は、しきい値電圧以上で
は、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高
値と幅で制御できる。一方、しきい値電圧以下では、殆
ど放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素
子を配置した場合においても、個々の素子に、パルス状
電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝導型
電子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。
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。m
本のX方向配線82は、Dx1,Dx2,……,Dxm
からなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて
形成された導電性金属等で構成することができる。配線
の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。Y方向配線83
は、Dy1,Dy2,……,Dynの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83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。
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と形成した基板1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8
2とY方向配線83と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とは、それぞれ外部端子として引
き出される。
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とによって
電気的に接続されている。
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。
面伝導型放出素子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
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
査信号と変調信号との差電圧として供給される。
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。
1を用いて説明する。図11は、はしご型配置の電子源
の一例を示す摸式図である。図11においては、110
は電子源基板、111は表面伝導型電子放出素子であ
る。112、Dx1〜Dx10は、電子放出素子111
を接続するための共通配線である。電子放出素子111
は、基板110上に、X方向に並列に複数個配されてい
る(これを素子行と呼ぶ)。この素子行が複数個配され
て、電子源を構成している。各素子行の共通配線間に駆
動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動させる
ことができる。
は、電子放出しきい値以上の電圧を、電子ビームを放出
しない素子行には、電子放出しきい値以下の電圧を印加
する。各素子行間の共通配線Dx2〜Dx9は、例えば
Dx2、Dx3を同一配線とすることもできる。
本発明の電子放出素子が適用できる。
いて構成した画像形成装置について、図6と図9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
示す構成図であり、図6は図9の画像形成装置に使用さ
れる蛍光膜の構成図である。
出素子を複数配した電子源の基板、91は基板1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、この支持枠92に
は、リアプレート91、フェースプレート96が低融点
のフリットガラスなどを用いて、接合される。84は電
子放出素子である。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。
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110の強
度を補強する目的で設けられるため、基板110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110に直接支持枠9
2を封着し、フェースプレート96、支持枠92及び基
板110で外囲器98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
呼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。
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部材61と蛍光体62
とから構成することができる。
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62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。
は、モノクローム、カラーによらず、沈殿法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜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9
6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。
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。フェースプレート96には、
更に蛍光膜94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。
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせを行う。
例を以下に説明する。電子源の活性化までは、すでに述
べた方法により行う。この後、安定化処理を行ってか
ら、電子源、画像形成部材、真空容器形成部材等をフリ
ットガラスなどを用いて接合し、組立工程を行い、内部
を排気して、排気管をバーナーなどを用いて加熱し封じ
きる。この後、必要に応じてゲッタ処理を行っても良
い。或いは、組立工程を行った後、安定化処理を行って
も良い。
要を示す構成図である。外囲器98は、排気管102を
介して真空チャンバー103に連結され、さらにゲート
バルブ104を介して排気装置105に接続されてい
る。真空チャンバー103には、内部の圧力及び雰囲気
中の各成分の分圧を測定するために、圧力計106、四
重極質量分析器107等が取り付けられている。外囲器
98内部の圧力などを直接測定することは困難であるた
め、真空チャンバー103内の圧力などを測定する。
適当な温度に保持しながら、イオンポンプ、ソープショ
ンポンプなどのオイルを使用しない排気装置105によ
りの排気管102を通じて排気し、有機物質の十分少な
い雰囲気にし、圧力計106及び四重極質量分析器10
7によりこれを確認した後、排気管をバーナーで熱して
溶解させて封じきる(封止)。外囲器98の封止後の圧
力を維持するために、ゲッター処理を行なうこともでき
る。
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、蒸着膜の吸
着作用により、外囲器88内の雰囲気を維持するもので
ある。
いた画像形成装置の製造方法も、上記と同様である。
画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す摸式図で
ある。120はグリッド電極、121は電子が通過する
ため空孔、122はDox1,Dox2,…Doxmよ
りなる容器外端子である。123は、グリッド電極12
0と接続されたG1,G2,…Gnからなるグリッド用
容器外端子である。
子から放出された電子ビームを変調するためのものであ
り、はしご型配置の素子と直交して設けられたストライ
プ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対
応して1個ずつ円形の開口121が設けられている。グ
リッドの形状や設置位置は図12に示したものに限定さ
れるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に多
数の通過口を設けることもでき、グリッドを表面伝導型
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
123は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。
する。
放出素子は、図1(A),(B)に模式的に示される構
成を有する。本実施例で作製した電子放出素子の製造工
程を図2を用いて説明する。
を洗剤、純水及び有機溶剤により洗浄した後、フォトレ
ジストRD−2000N(日立化成(株)製)をスピン
ナーにより塗布(2500rpm、40秒)し、80
℃,25分間のプリベークを行った。
スクを用いて、密着露光し、現像液を用いて現像、12
0℃,20分間のポストベークを行って、レジストマス
クを形成した。
膜レートは0.3mm/sec.で膜圧を10nmとし
た。
ストマスクを溶解し、リフトオフによりNiの素子電極
2,3を形成した。電極間隙Hは2μm、電極長Wは5
00μmである(図2(A))。
トン、イソプロパノール、酢酸ブチルで洗浄し乾燥した
後、真空蒸着法によりCrを50nm成膜する。次いで
フォトレジストAZ1370(ヘキスト社製)をスピン
ナーにより塗布(2500rpm、30秒)し、90
℃、30分間のプリベークを行った。
り、導電性薄膜の形状に対応する開口を形成、120
℃,30分間のポストベークを行ってレジストマスクを
形成した。
(NO3 )6 /HC1/H2 O=17g/5cc/10
0cc)に30秒間浸漬し、マスク開口部のCrエッチ
ングし、次いでアセトンによりレジストを剥離しCrマ
スクを形成した。
4230:奥野製薬(株)製)をスピンナーで塗布(8
00rpm、30秒)し、300℃,10分間の焼成を
行い、PdO微粒子より成る導電性薄膜を形成した。
て、Crマスクを除去し、リフトオフにより、所望のパ
ターンの導電性薄膜4を形成した(図2(B))。
式的に示した装置に設置し、不図示の排気装置により真
空チャンバー(真空容器)35内を排気し、圧力を1×
10−5<−5乗>Torr以下とした。
ンバー35内に導入した。真空チャンバー35の圧力は
1.3×10−3<−3乗>Paとした。
示すような、波高値が10V一定の矩形波パルスを印加
した。パルス幅T1は0.1msec.、パルス間隔T
2は16.6msec.とした。この条件で、約20分
間電圧を印加し続けたところ、フォーミングが完了した
(図2(C))。
Vの矩形波パルスを挿入し、素子の抵抗値を測定し、こ
れが1MΩを超えたところでパルス電圧の印加を止め、
真空チャンバー35を排気した。
ャンバー35内を更に排気し、圧力が1×10−7<−
7乗>Torr以下となってから、トルニトリルを導入
し、圧力を1×10−6<−6乗>Torrとした。素
子電極間に図13に示すような波高値一定で極性を反転
させる矩形波パルスを繰り返し印加した。波高値は15
V、パルス幅T3は1msec、パルス間隔T4は10
msecとした。
ャンバー35内を排気しながら、素子を150℃に加熱
し保持したところ、1×10−8<−8乗>Torrの
圧力に到達した。 素子を室温に戻した後、アノード電
極34に8kVの電圧を印加し、素子電極間に波高値一
定の矩形波パルスの電圧を印加して特性の測定を行っ
た。なお、アノード電極と素子との間隔は4mmにセッ
トした。
If及び放出電流Ieの揺らぎは非常に小さかった。ま
た、電流If及びIeはほとんど減少せず、電子放出特
性が非常に安定な素子が得られた。
ー35から取り出して、走査型原子間力顕微鏡を用いて
電子放出部5の形態観察を行った。その結果、電子放出
部5を構成する間隙7の炭素を有する膜10が、間隙7
の延在方向で、基板1面に垂直な高さ方向に0〜60n
mの高さの分布を持つ凹凸15を有していた。更に、こ
の凹凸構造は、間隙7の延在方向に、50nm付近を中
心にした周期の、振幅がおよそ60nmの周期構造を有
していた(図5参照)。
の形態観察を行った結果、特性を測定した素子と形態に
差はなかった。
に示したマトリクス配線の電子源と、これを用いた画像
形成装置(図9)の製造方法である。図14は本実施例
により形成されたマトリクス配線の電子源の構成を模式
的に示す部分平面図で、図14中の折れ線A−A’に沿
った断面の構造を図15に示す。
源の製造工程を説明し、さらに画像形成装置の製造工程
も説明する。
ン酸化膜をスパッタリング法により0.5μm形成し、
これを基板として、この上にCr5nm、Au600n
mを真空蒸着法により順次成膜した後、フォトレジスト
AZ1370(ヘキスト社製)を用い、フォトリソグラ
フィー技術により下配線82を形成した(図16
(A))。
酸化膜より成る層間絶縁層141をスパッタリング法に
より堆積する(図16(B))。
142を形成するためのフォトレジストパターンを作
成、これをマスクとしてCF4 とH2 を用いたRIE
(ReactiveIon Eching)法により、
層間絶縁層141をエッチングした(図16(C))。
開口を有するフォトレジスト(RD−2000N−4
1:日立化成社製)のマスクパターンを形成し、真空蒸
着法比より5nmのTi、100nmのNiを順次堆
積、次いで有効溶剤によりフォトレジストを除去してリ
フトオフにより素子電極5,6を形成した。素子電極の
間隔Lは3μmとした(図16(D))。
トを用いたフォトソリグラフィー法により、5nmのT
i、500nmのAuの積層構造を有する上配線83を
形成した(図17(E))。
rマスクを用いたリフトオフにより、PdO微粒子より
成る導電性薄膜4を形成した(図17(F))。
覆うレジストパターンを形成し、真空蒸着により、5n
mのTi、500nmのAuを順次堆積し、レジストパ
ターンを除去して不要な積層膜を除去してコンタクトホ
ールの埋め込みを行い、フォーミング前の電子源基板を
作成した(図17(G))。
画像形成装置を作成した。
固定し、基板の5mm上方にフェースプレートを支持枠
92を介して配置し、接合部にフリットガラスを塗布し
窒素雰囲気中で400℃に10分間保持して接合し、外
囲器を形成した。フェースプレートの内面には蛍光膜9
4及びメタルバック95が形成されている。蛍光膜94
はストライプ形状(図6(A))のものを採用し、印刷
法により形成した。黒色導電材はグラファイトを主成分
とする材質を用いた。メタルバックは、蛍光膜の内面を
平滑処理(フィルミング)した後、Alを真空蒸着する
ことにより形成した。
子との対応を正確に行う必要があり、十分に位置合わせ
を行った。なお、外囲器内にはゲッタ装置(不図示)も
取り付けられる。
置で排気し、実施例1の工程−cと同様に矩形波パルス
を印加しフォーミング処理を行い、各導電性薄膜4に間
隙6を形成した。
同様にして、外囲器内にトリニトリルを導入して活性化
処理を行った。
囲器内を排気しながら加熱し、安定化処理を行った結
果、約3時間で内部の圧力が1×10−8<−8乗>T
orrに到達した。
に不図示の駆動回路を取り付け、メタルバックに10k
Vの高電圧を印加し、画像形成装置の電子源を構成する
ための個々の電子放出素子の特性を測定し、それぞれの
素子の特性を比較したところ、素子電流If及び放出電
流Ieのばらつきは少なく良好であった。また、TV信
号を入力して画像を表示させたところ、高輝度で高精細
な画像が長時間に亘って安定に得られた。
素子は、導電性膜部材に形成された炭素含有膜部材が間
隙の延在方向に凹凸部を有するので、電子放出点密度が
高くなり、電子放出部全体としての電子放出の不均一性
が減少し、安定した電子放出を行うことができる。
多く配列形成した電子源及びこの電子源を用いた画像形
成装置においても、画素対応の素子間の不均一性が小さ
く、したがって、輝度のばらつきなどが少なく、高精細
で大面積の画像表示を行うことができる。
を示す模式的平面図及び断面図。
部を示す。
示す構成図。
部であるフォーミング処理工程に用いることのできる電
圧波形の一例を示す。
膜の微小間隔部分を説明するための模式図。
と素子電流Ifと素子電圧Vfとの関係を示す。
ス配置した電子源に適用した一例を示す構成図。
に適用した一例を示す構成図。
置に適用した際の画像形成装置の製造工程において使用
される真空処理装置の一例を示す構成図。
た電子源に適用した一例を示す構成図。
置に適用した他の一例を示す構成図。
一部である活性化処理工程に用いることのできる電圧波
形の一例を示す。
クス配置した電子源に適用した一例を示す構成図。
面図。
説明するための図。
説明するための図。
す模式的平面図及び断面図。
流Ifを測定するための電流計 31 電子放出素子に素子電圧Vfを印加するための電
源 32 電子放出素子から放出された放出電流Ieを測定
するための電流計 33 アノード電極34に電圧を印加するための高圧電
源 34 電子放出素子から放出される電子を加速及び捕捉
するためのアノード 電極 35 真空容器(真空チャンバー) 61 黒色部材 62 蛍光体 81 電子源基板 82 X方向配線 83 Y方向配線 84 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 98 外囲器 102 排気管 103 真空チャンバー 104 ゲートバルブ 105 排気装置 106 圧力計 107 四重極質量分析器(Q−mass) 110 電子源基板 111 電子放出素子 112 共通配線 120 グリッド電極 121 電子が通過するためにグリッド電極に設けられ
た空孔 122 容器外端子 123 グリッド用容器外端子 141 層間絶縁層 142 コンタクトホール
Claims (8)
- 【請求項1】 絶縁性基体の主表面上の一対の電極部材
間に、間隙によって互いに対向する端部を有しかつ前記
一対の電極部材にそれぞれ電気的に接続される第一及び
第二の炭素含有膜部材を設け;前記第一及び第二の炭素
含有膜部材が前記間隙の延在方向に凹凸部を有する;こ
とを特徴とする電子放出素子。 - 【請求項2】 ガラス材料から形成された基体と;この
基体の主表面上に設けられた一対の電極部材と;これら
一対の電極部材にそれぞれ電気的に接続され、かつ第一
の間隙によって互いに対向する端部を有する第一及び第
二の導電性膜部材と;前記第一の間隙より小さい間隔寸
法でありかつ電子放出部を形成するための第二の間隙を
有して前記第一及び第二の導電性膜部材の対向端部近傍
にそれぞれ設けられた第一及び第二の炭素含有膜部材と
を備え;前記第二の間隙を有して対向する前記第一及び
第二の炭素含有膜部材が前記第二の間隙の延在方向に凹
凸部を有する;ことを特徴とする電子放出素子。 - 【請求項3】 前記第一及び第二の炭素含有膜部材は炭
素を主成分とする堆積物であり、有機物質を含む雰囲気
中で行う活性化処理時に形成されることを特徴とする請
求項1または2記載の電子放出素子。 - 【請求項4】 前記活性化処理のための有機物質ガスが
気化トルニトリルであることを特徴とする請求項3記載
の電子放出素子。 - 【請求項5】 前記凹凸部は周期10nm〜1μmの周
期構造を有して設けられていることを特徴とする請求項
1または2記載の電子放出素子。 - 【請求項6】 前記凹凸部は振幅100nm以下の周期
構造を有して設けられていることを特徴とする請求項
1、2または5記載の電子放出素子。 - 【請求項7】 基体上に複数の電子放出素子を配列形成
した電子源において、 前記電子放出素子が請求項1乃至6のいずれかに記載の
電子放出素子であることを特徴とする電子源。 - 【請求項8】 電子源と、この電子源から放出された電
子を照射することで画像を形成する画像形成部材とを有
する画像形成装置において、 前記電子源が請求項7に記載の電子源であることを特徴
とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5149499A JP3667137B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5149499A JP3667137B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000251642A true JP2000251642A (ja) | 2000-09-14 |
JP3667137B2 JP3667137B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=12888537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5149499A Expired - Fee Related JP3667137B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3667137B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009506495A (ja) * | 2005-08-26 | 2009-02-12 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | 急激な金属−絶縁体転移を利用した電子放出素子及びこれを備えるディスプレイ |
US7583015B2 (en) | 2004-05-18 | 2009-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron-emitting apparatus, electron source, image display device and information display/reproduction apparatus |
US7843118B2 (en) | 2004-12-28 | 2010-11-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron source using the same, image display apparatus, and information displaying and reproducing apparatus |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP5149499A patent/JP3667137B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7583015B2 (en) | 2004-05-18 | 2009-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron-emitting apparatus, electron source, image display device and information display/reproduction apparatus |
US8022608B2 (en) | 2004-05-18 | 2011-09-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron-emitting apparatus, electron source, image display device and information display/reproduction apparatus |
US7843118B2 (en) | 2004-12-28 | 2010-11-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron source using the same, image display apparatus, and information displaying and reproducing apparatus |
JP2009506495A (ja) * | 2005-08-26 | 2009-02-12 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | 急激な金属−絶縁体転移を利用した電子放出素子及びこれを備えるディスプレイ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3667137B2 (ja) | 2005-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0693766B1 (en) | Method of manufacturing electron-emitting device as well as electron source and image-forming apparatus | |
JP3154106B2 (ja) | 電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源並びに該電子源を用いた画像形成装置 | |
KR100188979B1 (ko) | 전자빔 장치 및 그 구동 방법 | |
JP2000155555A (ja) | 電子放出素子の駆動方法及び、該電子放出素子を用いた電子源の駆動方法、並びに該電子源を用いた画像形成装置の駆動方法 | |
JP3131782B2 (ja) | 電子放出素子、電子源並びに画像形成装置 | |
KR100343237B1 (ko) | 전자방출소자,전자원,화상형성장치및그제조방법 | |
US6259422B1 (en) | Method for producing image-forming apparatus | |
JP3667137B2 (ja) | 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置 | |
JP3131781B2 (ja) | 電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源並びに画像形成装置 | |
JP2000251643A (ja) | 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置 | |
JP3652160B2 (ja) | 電子放出素子及び電子源及び画像形成装置及び電子放出素子の製造方法 | |
JP3639739B2 (ja) | 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、電子源を用いた画像形成装置及び画像形成装置を用いた表示装置 | |
JP2000173451A (ja) | 電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法 | |
JP2000251641A (ja) | 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置 | |
JP2000251637A (ja) | 電子放出素子及びそれを用いた画像表示装置 | |
JP3639738B2 (ja) | 電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源、該電子源を用いた画像形成装置及び該画像形成装置を用いた表示装置 | |
JP2000082384A (ja) | 電子放出素子、電子源及び画像形成装置並びに電子放出素子の製造方法 | |
JP3548431B2 (ja) | 電子源、該電子源を用いた画像形成装置 | |
JPH09115431A (ja) | 凹凸を有する基板、並びにそれを用いた電子放出素子、電子源、表示パネルおよび画像形成装置の製造方法 | |
JPH1140044A (ja) | 電子放出素子及び電子源及び画像表示装置およびそれらの製造方法 | |
JP2000251638A (ja) | 電子放出素子、前記電子放出素子を用いた電子源並びに前記電子源を用いた画像形成装置、並びにそれらの駆動方法及び装置 | |
JPH11312461A (ja) | 電子源基板を用いた画像形成装置の製造方法及びその製造装置 | |
JP2000250477A (ja) | 画像形成装置の駆動方法及び装置 | |
JP2000123718A (ja) | 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法 | |
JP2000251668A (ja) | 電子放出素子、電子源及び画像形成装置並びに電子放出素子及び電子源の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041021 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041214 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050209 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050308 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050405 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090415 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090415 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100415 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110415 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |