JP2000251660A - Manufacture of electron source and manufacture of image forming device - Google Patents

Manufacture of electron source and manufacture of image forming device

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JP2000251660A
JP2000251660A JP4708499A JP4708499A JP2000251660A JP 2000251660 A JP2000251660 A JP 2000251660A JP 4708499 A JP4708499 A JP 4708499A JP 4708499 A JP4708499 A JP 4708499A JP 2000251660 A JP2000251660 A JP 2000251660A
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electron
voltage
substrate
gas
electron source
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JP4708499A
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Japanese (ja)
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Toshiichi Onishi
敏一 大西
Toru Ariga
亨 有賀
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron source, wherein each electron emission element has a uniform electron emission characteristic by forming uniform electron emission parts throughout almost all the electron emission elements, when current-carrying forming is performed to a conductive film of each of the electron emission elements in forming the multiple electron emission elements on a substrate having a large area. SOLUTION: When current-carrying forming is performed, an inactive gas such as He and N2 is first introduced so that the pressure inside a vacuum chamber 133 is kept constant. Next, an electron source substrate 71 is heated, and a voltage is applied to element electrodes on the electron source substrate 71. While the pressure inside vacuum chamber 133 is kept constant, a reductive or coagulating gas such as H2 is introduced.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源の製造方法
及びこの電子源を備えた画像形成装置の製造方法に関
し、特に、表面伝導型の電子放出素子を備えた電子源を
その対象とする。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an electron source and a method of manufacturing an image forming apparatus having the electron source, and more particularly to an electron source having a surface conduction electron-emitting device. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた2種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型(以下、「FE型」という。)、金属/絶縁層/金
属型(以下、「MIM型」という。)や表面伝導型電子放
出素子等がある。表面伝導型電子放出素子型の例として
は、M. I. Elinson, Recio Eng. Electron Phys., 10,
1290, (1965 )等に開示されたものがある。表面伝導型
電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、
膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる
現象を利用するものである。特開平7−235255号
公報には、Pd等の金属薄膜を用いた表面伝導型電子放
出素子が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron-emitting devices using a thermionic electron-emitting device and a cold-cathode electron-emitting device have been known. The cold cathode electron-emitting devices include a field emission type (hereinafter, referred to as “FE type”), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter, referred to as “MIM type”), a surface conduction electron-emitting device, and the like. Examples of surface conduction electron-emitting devices include MI Elinson, Recio Eng. Electron Phys., 10,
1290, (1965). Surface-conduction electron-emitting devices consist of a small-area thin film formed on a substrate,
This utilizes the phenomenon that electron emission occurs when a current flows in parallel to the film surface. JP-A-7-235255 discloses a surface conduction electron-emitting device using a metal thin film such as Pd.

【0003】この表面伝導型電子放出素子は、基板1上
に対向するように形成された一対の素子電極と、これら
素子電極間に形成されたPd等の金属酸化物薄膜等から
なる導電性膜とを有し、後述の通電フォーミングと呼ば
れる通電処理により、導電性膜を局所的に破壊、変形も
しくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放
出部を形成する。
This surface conduction electron-emitting device is composed of a pair of device electrodes formed on a substrate 1 so as to face each other, and a conductive film made of a metal oxide thin film such as Pd formed between the device electrodes. The conductive film is locally destroyed, deformed, or altered by an energization process called energization forming, which will be described later, to form an electron emission portion in an electrically high resistance state.

【0004】さらに、電子放出特性を改善するため、後
述するように「活性化」と称する処理を行い、上記電子
放出部とその近傍に、炭素・炭素化合物からなる膜(カ
ーボン膜)を形成する場合がある。この工程は、有機物
質を含む雰囲気中で、素子にパルス電圧を印加し、炭素
・炭素化合物を電子放出部周辺に堆積させる方法によ
り、行うことができる。
Further, in order to improve the electron emission characteristics, a process called “activation” is performed as described later, and a film (carbon film) made of carbon / carbon compound is formed in and near the electron emission portion. There are cases. This step can be performed by applying a pulse voltage to the device in an atmosphere containing an organic substance and depositing carbon / carbon compound around the electron-emitting portion.

【0005】上述の表面伝導型電子放出素子は, 構造が
単純で製造も容易であることから,大面積にわた多数素
子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を生
かせるようないろいろな応用が研究されている。例え
ば、荷電ビーム源、表示装置等があげられる。多数の表
面伝導型電子放出素子を配列形成した例としては、後述
する様に、並列に表面伝導型電子放出素子を配列し、個
々の素子の両端を配線(共通配線とも呼ぶ)で、それぞ
れ結線した行を多数行配列した電子源があげられる(例
えば、特開昭64−31332号公報、特開平1−28
3749号公報、2−257552号公報等)。
The above-mentioned surface conduction electron-emitting device has an advantage that a large number of devices over a large area can be arrayed because the structure is simple and the production is easy. Therefore, various applications that make use of this feature are being studied. For example, a charged beam source, a display device, and the like can be given. As an example in which a large number of surface conduction electron-emitting devices are arranged and formed, as will be described later, surface conduction electron-emitting devices are arranged in parallel, and both ends of each device are connected by wiring (also referred to as common wiring). An electron source in which a large number of such rows are arranged (for example, JP-A-64-31332, JP-A-1-228)
3749, 2-257552, etc.).

【0006】表示装置等の画像形成装置においては、近
年、液晶を用いた平板型表示装置がCRTに替わって普
及してきたが、自発光型でないため、バックライトを持
たなければならない等の問題点があり、自発光型の表示
装置の開発が望まれてきた。自発光型表示装置として
は、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源と電
子源より放出された電子によって、可視光を発光せしめ
る蛍光体とを組み合わせた表示装置である画像形成装置
があげられる(例えば、米国特許5066883号)。
In recent years, in image forming apparatuses such as display apparatuses, flat panel display apparatuses using liquid crystals have been widely used in place of CRTs. However, since they are not self-luminous, they must have a backlight. Therefore, development of a self-luminous display device has been desired. An example of the self-luminous display device is an image forming device, which is a display device in which an electron source having a large number of surface conduction electron-emitting devices and a phosphor that emits visible light by electrons emitted from the electron source are combined. (Eg, US Pat. No. 5,066,883).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】電子放出部を形成する
フォーミング工程は、導電性膜に電圧を印加した後、導
電性膜を水素等の還元性ガス又は凝集性ガスを雰囲気中
に混入させて行われる。
In the forming step of forming the electron-emitting portion, a voltage is applied to the conductive film, and then the conductive film is mixed with a reducing gas such as hydrogen or a cohesive gas into the atmosphere. Done.

【0008】導電性膜は、Pd等の金属酸化物薄膜等か
らなる膜である。後述する、通電フォーミングは、導電
性膜を熱的に凝集させることにより局所的に破壊、変形
もしくは変質せしめ、導電性膜中に電気的に高抵抗な状
態にした電子放出部を形成することである。
The conductive film is a film made of a thin film of a metal oxide such as Pd. The energization forming, which will be described later, is performed by locally destructing, deforming, or altering the conductive film by thermally aggregating it, thereby forming an electron emitting portion in the conductive film in an electrically high-resistance state. is there.

【0009】この通電フォーミングでは、導電性膜への
電圧印加によって電流が流れ発熱する通電発熱作用と、
導電性膜を構成する金属酸化物が還元性ガスによって、
金属へ還元されることによる電気伝導性の向上作用とが
相乗的に生じている。
In the energization forming, an energization and heat generation action in which a current flows and heat is generated by applying a voltage to the conductive film;
The metal oxide constituting the conductive film is reduced by the reducing gas,
The effect of improving electrical conductivity by being reduced to metal is synergistically occurring.

【0010】また、水素等の還元性ガスは、同時に凝集
作用もあり、その効果は温度が高いほど顕著になる。
A reducing gas such as hydrogen also has a coagulation effect, and the effect becomes more pronounced as the temperature increases.

【0011】従って、導電性膜の還元/凝集は、導電性
膜が形成された基板の温度を上昇させることにより加速
されるので、導電性膜が還元/凝集されない程度の基板
温度を上昇させた状態で、通電フォーミングが行うこと
ができる。これにより、通電フォーミング時に印加する
電圧値を低下させ、フォーミングで形成される電子放出
部の破壊領域の幅を小さくすることが可能であり、その
後の電子源を形成する活性化工程を良好に行うことがで
きる。
Accordingly, since reduction / aggregation of the conductive film is accelerated by increasing the temperature of the substrate on which the conductive film is formed, the substrate temperature is raised to such an extent that the conductive film is not reduced / agglomerated. In this state, energization forming can be performed. This makes it possible to reduce the voltage value applied at the time of energization forming, to reduce the width of the destruction region of the electron emission portion formed by the forming, and to favorably perform the subsequent activation step of forming an electron source. be able to.

【0012】また、この導電性膜の還元反応は、通電フ
ォーミングを行う雰囲気に影響される。例えば、水、酸
素等のガス成分が雰囲気中に含まれていたり、導電性膜
表面にこのようなガス成分が吸着している場合、還元性
ガスによる還元反応が阻害され、通電フォーミングに時
間がかかる等の影響がある。この影響を防ぐため、フォ
ーミングを行う前に基板を真空雰囲気下に保持すること
が行われていた。また、通電フォーミング時に基板を加
熱することは、基板表面に吸着しているガス成分を効果
的に除去する点でも有効である。
Further, the reduction reaction of the conductive film is affected by the atmosphere in which the energization forming is performed. For example, when a gas component such as water or oxygen is contained in the atmosphere, or when such a gas component is adsorbed on the surface of the conductive film, the reduction reaction by the reducing gas is hindered, and it takes time for the energization forming. This has such an effect. In order to prevent this effect, the substrate has been kept in a vacuum atmosphere before forming. Heating the substrate during energization forming is also effective in effectively removing gas components adsorbed on the substrate surface.

【0013】また、基板とフェースプレートを枠材を挟
んで接合した外囲器の作成した後に、フォーミングを行
うことが行われているが、平板型表示装置の場合、大面
積の基板を厚みの薄い支持枠で挟んでいるために、内部
の吸着ガス成分を除去し難くく、また、フォーミング時
に導入される還元性ガスの均一性を維持することが困難
であり、フォーミング後の電子放出部の形態にばらつき
が生じ易いという問題があった。
Further, forming is performed after forming an envelope in which a substrate and a face plate are joined with a frame material interposed therebetween. In the case of a flat panel display device, a large-area substrate is formed by reducing the thickness. Since it is sandwiched between thin support frames, it is difficult to remove the adsorbed gas components inside, and it is difficult to maintain the uniformity of the reducing gas introduced at the time of forming. There has been a problem that the form tends to vary.

【0014】そこで、真空チャンバー内でフォーミング
を行う場合、一般に、基板を加熱するために、基板をホ
ットプレート等の加熱ステージ上に載せて行われ、基板
は、加熱ステージと基板間の熱伝導と輻射によって加熱
される。
Therefore, when forming is performed in a vacuum chamber, the substrate is generally placed on a heating stage such as a hot plate in order to heat the substrate, and the substrate is subjected to heat conduction between the heating stage and the substrate. Heated by radiation.

【0015】通電フォーミングでは、基板が真空雰囲気
下で加熱された状態から還元性のガスを導入するため
に、真空圧力の上昇が伴うことになる。この際、基板と
基板を加熱するための加熱ステージ間の熱伝導に大きな
差が生じるために、基板の温度が通電フォーミングの最
中に高くなる。
In the energization forming, since the reducing gas is introduced from a state where the substrate is heated in a vacuum atmosphere, the vacuum pressure is increased. At this time, since a large difference occurs in heat conduction between the substrate and a heating stage for heating the substrate, the temperature of the substrate increases during the energization forming.

【0016】特に、基板がマトリクス配線とそれに対応
して多数の素子電極と導電性膜を有する大面積である場
合、通電フォーミングを行う際のこの温度上昇値が、基
板面上の場所によって異なるので、フォーミングで亀裂
が生じる際の温度に不均一な分布が生じてしまい、均一
なフォーミングが行われなくなるという問題があった。
In particular, when the substrate has a large area having a matrix wiring and a correspondingly large number of element electrodes and conductive films, the temperature rise value during the energization forming differs depending on the location on the substrate surface. In addition, there is a problem that a non-uniform distribution is generated in a temperature at which a crack is generated by forming, so that uniform forming cannot be performed.

【0017】そこで本発明の目的は、大面積の基板上に
多数の電子放出素子を形成するに際して、各電子放出素
子の導電性膜に通電フォーミングを行なうときに、ほぼ
全ての電子放出素子にわたって均一な電子放出部を形成
し、各電子放出素子が均一な電子放出特性を有する電子
源を実現することを可能とする電子源の製造方法及びこ
の電子源を備えた均一な輝度特性を有する画像形成装置
の製造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to form a large number of electron-emitting devices on a large-area substrate and to form a uniform film over almost all of the electron-emitting devices when conducting forming the conductive film of each electron-emitting device. Method of manufacturing an electron source capable of realizing an electron source having uniform electron emission characteristics by forming a uniform electron emission portion, and forming an image having uniform luminance characteristics provided with the electron source An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の電子源の製造方
法は、基板上に、一対の電極間に導電性膜を有する複数
の電子放出素子が形成された電子源を製造するに際し
て、前記導電性膜に電子放出部を形成するフォーミング
処理を行なう製造方法であって、真空装置内に所定圧力
となるように不活性ガスを導入する工程と、前記基板を
前記真空装置中で加熱する工程と、前記電極間に電圧を
印加して前記フォーミング処理を行う工程と、前記真空
装置内の圧力を一定に保持した状態で前記不活性ガスに
還元性又は凝集性ガスを混合する工程とを有する。
According to a method of manufacturing an electron source of the present invention, a method of manufacturing an electron source in which a plurality of electron-emitting devices having a conductive film between a pair of electrodes are formed on a substrate is performed. A manufacturing method for performing a forming process for forming an electron-emitting portion on a conductive film, wherein a step of introducing an inert gas to a predetermined pressure in a vacuum device and a step of heating the substrate in the vacuum device And a step of applying a voltage between the electrodes to perform the forming treatment, and a step of mixing a reducing or aggregating gas with the inert gas while keeping the pressure in the vacuum device constant. .

【0019】本発明の電子源の製造方法の一形態におい
て、前記還元性ガスが水素である。
In one embodiment of the method for producing an electron source according to the present invention, the reducing gas is hydrogen.

【0020】本発明の電子源の製造方法の一形態におい
て、前記不活性ガスがヘリウム又は窒素である。
In one embodiment of the method for manufacturing an electron source according to the present invention, the inert gas is helium or nitrogen.

【0021】本発明の電子源の製造方法の一形態におい
て、前記真空装置内の圧力が1Torr以上である。
In one embodiment of the method of manufacturing an electron source according to the present invention, the pressure in the vacuum device is 1 Torr or more.

【0022】本発明の画像形成装置の製造方法は、前記
製造方法により電子源を作製するとともに、前記電子源
から放出される電子線により画像を形成する画像形成部
材を作製し、画像形成装置とする。
According to a method of manufacturing an image forming apparatus of the present invention, an electron source is manufactured by the manufacturing method, and an image forming member for forming an image by an electron beam emitted from the electron source is manufactured. I do.

【0023】[0023]

【作用】電子源の構成要素である電子放出素子に通電フ
ォーミングを施す際には、先ず導電性膜に通電処理を施
すことにより電子放出部を形成し、続いて導電性膜の還
元又は凝集を促進するガスを含む雰囲気中で電子放出部
近傍の凝集処理を行う。即ち、通電された導電性膜に流
れる電流(膜電流)によって導電性膜の温度が上昇し、
温度上昇した膜が還元、凝集を促進させるガスと反応
し、還元することで更に電流が増加し、導電性膜の一部
に凝集が生じて局所的に構造変化を起こして電子放出部
が形成される。
When an energization forming is performed on the electron-emitting device which is a component of the electron source, first, the electroconductive film is subjected to an energization process to form an electron-emitting portion, and then the conductive film is reduced or agglomerated. Aggregation treatment is performed in the vicinity of the electron-emitting portion in an atmosphere containing a promoting gas. That is, the temperature of the conductive film rises due to the current (film current) flowing through the conductive film that is energized,
The film whose temperature has risen reacts with a gas that promotes reduction and aggregation, and the reduction further increases the current, causing aggregation in a portion of the conductive film and causing a local structural change to form an electron emission portion. Is done.

【0024】本発明の電子源の製造方法においては、導
電性膜を加熱する際に不活性ガスを真空装置中に所定圧
力となるように不活性ガスを導入しておき、通電フォー
ミングを行い、圧力を一定に保ちながら所定の分圧だけ
還元性又は凝集性ガスを導入する。ここで、不活性ガス
の熱伝導率は還元性又は凝集性ガスのそれと近い値であ
るため、基板の加熱手段と基板間の熱伝導性の差が殆ど
なくなり、基板表面の位置的な温度むらの発生が抑止さ
れる。従って、基板上に形成された多数の電子放出素子
の導電性膜を基板表面のどの位置に設けても、各素子に
対してほぼ同様にフォーミングすることが可能となる。
このように本発明は、電子放出素子のフォーミングの均
一化を実現し全ての電子放出素子にわたって均一な電子
放出部を形成することが可能であり、特に多数の電子放
出素子が形成された大面積の基板に対して通電フォーミ
ングを行う際に有効である。
In the method of manufacturing an electron source according to the present invention, when heating the conductive film, an inert gas is introduced into the vacuum apparatus so as to have a predetermined pressure, and an energization forming is performed. While maintaining the pressure constant, a reducing or aggregating gas is introduced by a predetermined partial pressure. Here, since the thermal conductivity of the inert gas is close to that of the reducing or aggregating gas, there is almost no difference in the thermal conductivity between the substrate heating means and the substrate, and the temperature unevenness in the position on the substrate surface. Is suppressed. Therefore, even if the conductive films of a large number of electron-emitting devices formed on the substrate are provided at any positions on the surface of the substrate, forming can be performed on each of the devices in substantially the same manner.
As described above, according to the present invention, it is possible to realize uniform forming of the electron-emitting devices and form a uniform electron-emitting portion over all the electron-emitting devices. This is effective when energization forming is performed on the substrate.

【0025】そして、このような電子源を用いて画像形
成装置を製造することにより、均一な輝度特性をもった
画像形成装置が実現する。
By manufacturing an image forming apparatus using such an electron source, an image forming apparatus having uniform luminance characteristics is realized.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電子源の製造
方法及び画像形成装置の製造方法について、。図面を参
照しながら詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing an electron source and a method for manufacturing an image forming apparatus according to the present invention will be described. This will be described in detail with reference to the drawings.

【0027】本実施形態に画像形成装置で用いられる電
子放出素子は、例えば特開平7−235255号公報に
開示された素子を用いることができる。電子放出素子と
しては、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。以下、平面型素子の基本構成についてのみ
概略する。
As the electron-emitting device used in the image forming apparatus of the present embodiment, for example, the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-235255 can be used. The basic structure of the electron-emitting device is roughly classified into two types: a planar type and a vertical type. Hereinafter, only the basic configuration of the planar element will be outlined.

【0028】図1は、本実施形態で用いられる平面型の
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),(b)はそれぞれ平面図と断面図である。図
1において、1は基板、2,3は素子電極、4は導電性
膜、4は電子放出部である。
FIGS. 1A and 1B are schematic views showing the configuration of a planar surface conduction electron-emitting device used in the present embodiment. FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view, respectively. In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive film, and 4 is an electron emitting portion.

【0029】基板1としては、石英ガラス,Na等の不
純物含有量を減少したガラス,青板ガラス,青板ガラス
にスパッタ法等により形成したSiO2 を積層したガラ
ス基板及びアルミナ等のセラミックス及びSi基板等を
用いることができる。
Examples of the substrate 1 include quartz glass, glass with a reduced content of impurities such as Na, blue plate glass, a glass substrate in which blue plate glass is laminated with SiO 2 formed by sputtering or the like, ceramics such as alumina, and a Si substrate. Can be used.

【0030】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。素子電極間隔
L、素子電極長さW、導電性膜4の形状等は、応用され
る形態等を考慮して、設計される。なお、図1に示した
構成だけでなく、基板1上に、導電性膜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。
The materials of the opposing device electrodes 2 and 3 are as follows.
General conductor materials can be used. The element electrode interval L, the element electrode length W, the shape of the conductive film 4, and the like are designed in consideration of the applied form and the like. Note that, in addition to the configuration shown in FIG. 1, a configuration in which a conductive film 4 and opposing element electrodes 2 and 3 are laminated on the substrate 1 in this order can be adopted.

【0031】導電性膜4には、良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は,素子電極2, 3へのステップカバ
レージ、素子電極2, 3間の抵抗値及び後述するフォー
ミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、
0.1nmの数倍から数百nmの範囲とするのが好まし
く、より好ましくは1nm〜50nmの範囲とするのが
良い。その抵抗値は、Rsが102 〜107 Ω/□の値で
ある。なおRs &は、厚さがt、幅がwで長さがlの薄膜の
抵抗Rを、R=Rs(l/w)とおいたときに現れる量である。本
実施形態において、フォーミング処理については、通電
処理を例に挙げて説明するが、フォーミング処理はこれ
に限られるものではなく、導電性膜に亀裂を生じさせて
高抵抗状態を形成する処理を包含するものである。導電
性膜4を構成する材料は、Pd,Pt,Ag,Au,T
i,In,Cu,Cr,Fe,Zn,Sn,Ta,W等
の金属、PdO,SnO2 ,In2 3 ,PbO,Sb
2 3 等の酸化物の中から適宜選択される。ここで述べ
る微粒子膜とは、複数の微粒子が集合した膜であり、そ
の微細構造は、微粒子が個々に分散配置した状態あるい
は微粒子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態(い
くつかの微粒子が集合し、全体として島状構造を形成し
ている場合も含む。)をとっている。微粒子の粒径は、
0.1nmの数倍から数百nmの範囲、好ましくは、1
nm〜20nmの範囲である。
As the conductive film 4, a fine particle film composed of fine particles is preferably used in order to obtain good electron emission characteristics. The film thickness is appropriately set in consideration of the step coverage for the device electrodes 2 and 3, the resistance value between the device electrodes 2 and 3, a forming condition described later, and the like.
It is preferably in the range of several times 0.1 nm to several hundred nm, and more preferably in the range of 1 nm to 50 nm. The resistance value is such that Rs is 10 2 to 10 7 Ω / □. Note that Rs & is an amount that appears when the resistance R of a thin film having a thickness t, a width w, and a length l is R = Rs (l / w). In the present embodiment, the forming process will be described by taking an energizing process as an example, but the forming process is not limited to this, and includes a process of forming a crack in the conductive film to form a high resistance state. Is what you do. The material constituting the conductive film 4 is Pd, Pt, Ag, Au, T
i, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, metals such as W, PdO, SnO 2, In 2 O 3, PbO, Sb
It is appropriately selected from oxides such as 2 O 3 . The fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and has a fine structure in a state in which the fine particles are 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-like structure is formed as a whole.) The particle size of the fine particles is
In the range from several times 0.1 nm to several hundred nm, preferably 1
nm to 20 nm.

【0032】電子放出部5は、導電性膜4の一部に形成
された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜4の膜
厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法
等に依存したものとなる。電子放出部5の内部には、
0.1nmの数倍から数十nmの範囲の粒径の導電性微
粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電
性膜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
導電性膜4には、炭素及び炭素化合物を有することもで
きる。
The electron-emitting portion 5 is constituted by a high-resistance crack formed in a part of the conductive film 4 and depends on the thickness, film quality, material, and a method such as energization forming which will be described later. It will be. Inside the electron emission unit 5,
In some cases, conductive fine particles having a particle size ranging from several times 0.1 nm to several tens nm are present. The conductive fine particles contain some or all of the elements of the material constituting the conductive film 4. The electron emitting portion 5 and the conductive film 4 near the electron emitting portion 5 can also contain carbon and a carbon compound.

【0033】以下、図2〜図6を参照しながら、電子放
出素子の製造方法の一例について説明する。図2〜図5
において、図1に示した部位同じ部位には同一の符号を
付している。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing an electron-emitting device will be described with reference to FIGS. 2 to 5
, The same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0034】1)基板1を洗剤、純水および有機溶剤等
を用いて十分に洗浄し,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))。
1) The substrate 1 is sufficiently washed with a detergent, pure water, an organic solvent, or the like, and after the element electrode material is deposited by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, the substrate 1 is deposited on the substrate 1 using, for example, a photolithography technique. Then, device electrodes 2 and 3 are formed (FIG. 2A).

【0035】2)素子電極2,3を形成した基板1に有
機金属溶液を塗布して有機金属薄膜を形成する。有機金
属溶液には、前述の導電性膜4の材料の金属を主元素と
する有機金属化合物の溶液を用いることができる。有機
金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等
によりパターニングし、導電性膜4を形成する(図2
(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) An organic metal solution is applied to the substrate 1 on which the device electrodes 2 and 3 are formed to form an organic metal thin film. As the organic metal solution, a solution of an organic metal compound containing the metal of the material of the conductive film 4 as a main element can be used. The organic metal thin film is heated and baked, and patterned by lift-off, etching, or the like to form a conductive film 4 (FIG. 2).
(B)). Here, the method of applying the organic metal solution has been described, but the method of forming the conductive film 4 is not limited to this, and the vacuum deposition method, the sputtering method, the chemical vapor deposition method, the dispersion coating method, A dipping method, a spinner method, or the like can also be used.

【0036】3)続いて、フォーミング工程を行い、電
子放出部を形成する(図2(c))。具体的には、先ず
素子電極2,3と導電性膜4を形成した基板1を真空装
置内に設置する。
3) Subsequently, a forming step is performed to form an electron-emitting portion (FIG. 2C). Specifically, first, the substrate 1 on which the element electrodes 2 and 3 and the conductive film 4 are formed is set in a vacuum device.

【0037】次に、排気装置により該真空装置の内部を
十分排気した後、窒素等の不活性ガスを流す。この際、
真空装置内の圧力は、ガスの流量と真空ポンプの排気装
置の排気流量で所望の値に調整される。
Next, after the inside of the vacuum device is sufficiently evacuated by the exhaust device, an inert gas such as nitrogen is supplied. On this occasion,
The pressure in the vacuum device is adjusted to a desired value by the gas flow rate and the exhaust flow rate of the exhaust device of the vacuum pump.

【0038】次に、基板を加熱して昇温し、素子電極
2,3間に不図示の電源を用いて通電を行う。
Next, the substrate is heated to increase the temperature, and power is applied between the element electrodes 2 and 3 using a power supply (not shown).

【0039】そして、真空容器内に導電性膜4の素材の
還元、凝集を促進するガスを導入し、導電性膜4を局所
的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化した部
位に、構造の変化した電子放出部5を形成する。
Then, a gas for promoting the reduction and aggregation of the material of the conductive film 4 is introduced into the vacuum container, and the conductive film 4 is locally destroyed, deformed or deteriorated, and the structure is changed to a portion where the structure is changed. Is formed.

【0040】還元、凝集を促進するガスを導入する際に
は、導入による真空装置内の圧力変動を出来るだけ抑え
るために、不活性ガスの流量を減少させたり、真空ポン
プの排気流量を増加させる。
When introducing a gas that promotes reduction and coagulation, the flow rate of the inert gas is reduced or the exhaust flow rate of the vacuum pump is increased in order to minimize the pressure fluctuation in the vacuum apparatus due to the introduction. .

【0041】本実施形態においては、上記のように、導
電性膜4を室温以上に加熱し、且つ、該導電性膜4の還
元、または凝集を促進するガスを含む雰囲気中で通電処
理を施すことにより電子放出部5を形成すると同時に、
該電子放出部近傍の凝集処理を行う。通電された導電性
膜4に流れる電流(膜電流)によって導電性膜4の温度
が上昇し、温度上昇した膜が還元、凝集を促進させるガ
スと反応し、還元することで更に電流が増加し、導電性
膜4の一部が凝集し、局所的に構造変化が起こし、電子
放出部を形成する。
In this embodiment, as described above, the conductive film 4 is heated to a temperature equal to or higher than room temperature, and the electric conduction process is performed in an atmosphere containing a gas that promotes reduction or aggregation of the conductive film 4. Thus, at the same time as forming the electron-emitting portion 5,
Aggregation processing is performed in the vicinity of the electron emission portion. The temperature of the conductive film 4 rises due to the current (membrane current) flowing through the conductive film 4 that has been energized, and the temperature-raised film reacts with a gas that promotes reduction and aggregation, and further reduces the current to further increase the current. Then, a part of the conductive film 4 is aggregated to cause a local structural change to form an electron emission portion.

【0042】本実施形態において、該導電性膜4を形成
した基板1を加熱保持する温度は導電性膜4の素材によ
り適宜決められるものであるが、この温度が高すぎる
と、導電性膜における凝集反応が過剰となり、好ましい
電子放出部が形成されない場合や、導電性膜全体で凝集
が進行し、凝集粒子どうしが互いに接触しなくなり、膜
全体として導通を失ってしまうなどの問題が生じる。上
記保持温度の上限は、例えば導電性膜の素材がPdO微
粒子の場合には、100℃以下が好ましい。次に通電フ
ォーミングの電圧波形の例を図4に示す。
In the present embodiment, the temperature at which the substrate 1 on which the conductive film 4 is formed is heated and held is appropriately determined depending on the material of the conductive film 4. The agglomeration reaction becomes excessive and a preferable electron-emitting portion is not formed, or the agglomeration proceeds in the entire conductive film, and the agglomerated particles do not come into contact with each other, resulting in a loss of conduction as a whole. The upper limit of the holding temperature is preferably 100 ° C. or less, for example, when the material of the conductive film is PdO fine particles. Next, an example of the voltage waveform of the energization forming is shown in FIG.

【0043】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3に示した手法がある。図3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1μ秒〜10m秒、T2は10μ秒〜10m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、電子放出素形態に応じて適宜選択
される。
The voltage waveform is preferably a pulse waveform. For this purpose, there is a method shown in FIG. 3 in which a pulse having a constant pulse height is applied continuously. T1 and T2 in FIG. 3 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform. Normal,
T1 is set in the range of 1 μsec to 10 msec, and T2 is set in the range of 10 μsec to 10 msec. The peak value of the triangular wave (peak voltage at the time of energization forming) is appropriately selected according to the electron emission element form.

【0044】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。
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.

【0045】導電性膜4の素材の還元・凝集を促進する
ガスとしては、導電性膜4が金属酸化物よりなる場合に
は、還元性ガス例えば、H2 、CO、CH4 などが使用
できる。その理由は、金属酸化物が還元されて金属に変
化になる際に、凝集が生じるためであると思われる。一
方、導電性膜4が金属よりなる場合は、COやCH4
よる凝集促進は見られないが、H2 を用いた場合には凝
集促進効果が見られた。
When the conductive film 4 is made of a metal oxide, a reducing gas such as H 2 , CO, CH 4 or the like can be used as the gas for promoting the reduction and aggregation of the material of the conductive film 4. . The reason is considered to be that aggregation occurs when the metal oxide is reduced into a metal. On the other hand, when the conductive film 4 was made of a metal, the aggregation promotion by CO or CH 4 was not seen, but when H 2 was used, the aggregation promoting effect was seen.

【0046】これらのガスとしては、H2 、CO、CH
4 と不活性ガスとの混合ガスを用いても良い。また、不
活性ガスとしては、導電性膜等、電子源基板を構成する
部材と反応しにくいガスを選ぶことができる。具体的に
は、例えば窒素やアルゴン、ヘリウム、キセノン等の希
ガスが挙げられる。
These gases include H 2 , CO, CH
A mixed gas of 4 and an inert gas may be used. In addition, as the inert gas, a gas which does not easily react with the members constituting the electron source substrate, such as a conductive film, can be selected. Specifically, for example, a rare gas such as nitrogen, argon, helium, or xenon is used.

【0047】4)フォーミングを終えた素子には活性化
工程と呼ばれる処理を施す。活性化工程とは、この工程
により、素子電流If、放出電流Ieが著しく変化する
工程である。活性化工程は、例えば、有機物質を含有す
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。
4) The element after the forming is subjected to a process called an activation step. The activation step is a step in which the element current If and the emission current Ie are significantly changed by this step. The activation step can be performed, for example, by repeating application of a pulse in an atmosphere containing an organic substance, similarly to the energization forming. 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.

【0048】この処理により、雰囲気中に存在する有機
物質から、導電性膜上に形成された電子放出部に、炭素
あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流If及
び放出電流Ieが著しく変化するようになる。
By this treatment, carbon or a carbon compound is deposited on the element from the organic substance existing in the atmosphere to the electron-emitting portion formed on the conductive film, and the element current If and the emission current Ie are significantly changed. I will be.

【0049】ここで、炭素及び炭素化合物とは、例えば
グラファイト(いわゆるHOPG,PG,GCを包含す
る。HOPGはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、P
Gは結晶粒が200Å程度で結晶構造がやや乱れたも
の、GCは結晶粒が20Å程度になり結晶構造の乱れが
さらに大きくなったものを指す。)、非晶質カーボン
(アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと
前記グラファイトの微結晶の混合物を指す)であり、そ
の膜厚は、50nm以下の範囲とするのが好ましく、3
0nm以下の範囲とすることがより好ましい。
Here, the carbon and the carbon compound include, for example, graphite (so-called HOPG, PG, and GC. HOPG has an almost complete crystal structure of graphite;
G indicates that the crystal grain is about 200 ° and the crystal structure is slightly disordered, and GC indicates that the crystal grain is about 20 ° and the disorder of the crystal structure is further increased. ) And amorphous carbon (refer to amorphous carbon and a mixture of amorphous carbon and the microcrystals of graphite), and the thickness thereof is preferably in the range of 50 nm or less.
It is more preferable to set the range to 0 nm or less.

【0050】本実施形態で用いることができる適当な有
機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪
族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アル
デヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボ
ン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具
体的には、メタン、エタン、プロパンなどCn 2n+2
表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレン、アセチ
レンなどCn 2n、 C n 2nやCn 2n-2等の組成式
で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、メタノール、エ
タノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセ
トン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミ
ン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用で
きる。
[0050] A suitable device that can be used in the present embodiment.
Alkanes, alkenes, and alkyne fats
Aromatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alcohols, alcohols
Dehydes, ketones, amines, phenol, carbo
And organic acids such as sulfonic acid.
Physically, C such as methane, ethane, and propanenH2n + 2so
Represented saturated hydrocarbon, ethylene, propylene, acetyl
C such as rennH2n, C nH2nAnd CnH2n-2Composition formulas such as
Unsaturated hydrocarbon, benzene, methanol, d
Tanol, formaldehyde, acetaldehyde, ace
Ton, methyl ethyl ketone, methylamine, ethylami
Phenol, formic acid, acetic acid, propionic acid, etc.
Wear.

【0051】本実施形態では、これらの有機物質を単独
で用いても良いし、必要に応じては、混合して用いても
良い。また、これらの有機物質を有機物質でない他のガ
スと希釈して用いても良い。希釈ガスとして用いること
ができるガスの種類としては、例えば、窒素、アルゴ
ン、キセノンといった不活性ガスが挙げられる。
In the present embodiment, these organic substances may be used alone or, if necessary, may be used as a mixture. Further, these organic substances may be used after being diluted with another gas which is not an organic substance. Examples of the type of gas that can be used as the diluting gas include an inert gas such as nitrogen, argon, and xenon.

【0052】本実施形態では、活性化工程における電圧
印加の手法は、電圧値の時間変化、電圧印加の方向、波
形等の条件が考えられる。電圧値の時間変化は、電圧値
を時間とともに上昇させてゆく手法や、固定電圧で行う
手法で行うことができる。
In the present embodiment, as a method of applying a voltage in the activation step, conditions such as a time change of a voltage value, a direction of the voltage application, a waveform, and the like can be considered. The time change of the voltage value can be performed by a method of increasing the voltage value with time or a method of performing the change with a fixed voltage.

【0053】また、図4で示すように、電圧印加の方向
は、駆動と同様の方向(順方向)のみ(図4(a))に
印加しても良いし、順方向、逆方向を交互に変化させて
印加(図4(b))しても良い。交互に電圧を印加する
場合、亀裂に対して対称にカーボン膜が形成されるもの
と思われるので、好ましい。また、波形については、図
4では矩形波の例を用いたが、正弦波、三角波、鋸波
等任意の波形を用いることができる。
As shown in FIG. 4, the voltage may be applied only in the same direction as the driving (forward direction) (FIG. 4 (a)), or alternately in the forward and reverse directions. (FIG. 4B). It is preferable to apply the voltage alternately because it is considered that the carbon film is formed symmetrically with respect to the crack. Although the example of a rectangular wave is used in FIG. 4 for the waveform, a sine wave, a triangular wave, a sawtooth wave
Any arbitrary waveform can be used.

【0054】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。
The end of the activation step is determined as appropriate while measuring the device current If and the emission current Ie.

【0055】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。この工程
は、真空容器内の有機物質排気する工程である。真空容
器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイル
が素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用し
ないものを用いるのが良い。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。真空容器内の有機成分の分圧は、上記の炭素及
び炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で1.3×1
-6Pa以下が好ましく、更には1.3×10-8Pa以
下が特に好ましい。
5) The electron-emitting device obtained through such a step is preferably subjected to a stabilization step. This step is a step of exhausting the organic substance in the vacuum vessel. It is preferable to use a device that does not use oil as a vacuum exhaust device that exhausts the vacuum container so that 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. The partial pressure of the organic component in the vacuum vessel is 1.3 × 1 at which the above-mentioned carbon and carbon compounds are not newly deposited.
It is preferably 0 -6 Pa or less, more preferably 1.3 × 10 -8 Pa or less.

【0056】更に、真空容器内を排気するときには、真
空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子
に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好まし
い。このときの加熱条件は、80〜250℃、好ましく
は150℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望ま
しいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の
大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により
適宜選ばれる条件により行う。
Further, when the inside of the vacuum vessel is evacuated, it is preferable to heat the entire vacuum vessel so that the organic substance molecules adsorbed on the inner wall of the vacuum vessel and the electron-emitting device can be easily evacuated. The heating conditions at this time are desirably 80 to 250 ° C., preferably 150 ° C. or more, and it is desirable to perform the treatment for as long as possible. This is performed under conditions appropriately selected according to various conditions such as the above.

【0057】真空容器内の圧力は極力低くすることが必
要で、1×10-5Pa以下が好ましく、さらに3×10
-6Pa以下が特に良い。安定化工程を行った後の、駆動
時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持す
るのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質
が十分除去されていれば、圧力自体が多少上昇しても十
分安定な特性を維持することが出来る。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If、放出電流Ieが安定化する。
The pressure in the vacuum vessel needs to be as low as possible, preferably 1 × 10 −5 Pa or less, and more preferably 3 × 10 −5 Pa.
-6 Pa or less is particularly preferable. The atmosphere at the time of driving after performing the stabilization step is preferably the same as the atmosphere at the end of the stabilization treatment, but is not limited to this. If the organic substance is sufficiently removed, the pressure itself may be reduced. Can maintain a sufficiently stable characteristic even if the value slightly increases. By adopting such a vacuum atmosphere, the deposition of new carbon or a carbon compound can be suppressed, and H 2 O, O 2, etc. adsorbed on a vacuum vessel or a substrate can be removed. The current Ie is stabilized.

【0058】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。図5は、真空処理装置の一例を示
す模式図であり、この真空処理装置は測定評価装置とし
ての機能をも兼ね備えている。図5においても、図1に
示した部位と同じ部位には図1 に付した符号と同一の符
号を付している。図5において、55は真空容器であ
り、56は排気ポンプである。真空容器55内には電子
放出素子が配されている。
The basic characteristics of the electron-emitting device to which the present invention obtained through the above-described steps can be applied will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic view showing an example of a vacuum processing apparatus, and this vacuum processing apparatus also has a function as a measurement evaluation apparatus. In FIG. 5, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. In FIG. 5, 55 is a vacuum vessel, and 56 is an exhaust pump. An electron-emitting device is provided in the vacuum vessel 55.

【0059】即ち、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。53はアノード電
極54に電圧を印加するための高圧電源、52は素子の
電子放出部5より放出される放出電流Ieを測定するた
めの電流計である。一例として、アノード電極の電圧を
1kV〜10kVの範囲とし、アノード電極と電子放出
素子との距離Hを2mm〜8mmの範囲として測定を行
うことができる。真空容器55内には、不図示の真空計
等の真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられてい
て、所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようにな
っている。排気ポンプ56は、ターボポンプ、ロータリ
ーポンプからなる通常の高真空装置系と更に、イオンポ
ンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。
That is, reference numeral 51 denotes a device voltage Vf applied to the electron-emitting device.
Is a power supply for applying a voltage, 50 is an ammeter for measuring an element current If flowing through the conductive film 4 between the element electrodes 2 and 3,
Reference numeral 54 denotes an anode electrode for capturing an 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 portion 5 of the device. As an example, the measurement can be performed with the voltage of the anode electrode in the range of 1 kV to 10 kV and the distance H between the anode electrode and the electron-emitting device in the range of 2 mm to 8 mm. In the vacuum vessel 55, devices necessary for measurement in a vacuum atmosphere such as a vacuum gauge (not shown) are provided so that measurement and evaluation can be performed in a desired vacuum atmosphere. The exhaust pump 56 is composed of a normal high vacuum device system including a turbo pump and a rotary pump, and an ultra high vacuum device system including an ion pump and the like.

【0060】ここに示した電子源基板を配した真空処理
装置の全体は、不図示のヒーターにより加熱できる。従
って、この真空処理装置を用いると、前述の通電フォー
ミング以降の工程も行うことができる。
The entire vacuum processing apparatus provided with the electron source substrate shown here can be heated by a heater (not shown). Therefore, by using this vacuum processing apparatus, the steps after the energization forming described above can also be performed.

【0061】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との関係を模式的に示した特性図である。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.
FIG. 4 is a characteristic diagram schematically showing a relationship with f. In FIG. 6, 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.

【0062】図6からも明らかなように、本実施形態に
用いられる電子放出素子は、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、 (i)本素子はある電圧(しきい値電圧と称される図6
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。即ち、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。 (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。 (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。即ち、アノー
ド電極54に捕捉される電荷量は、素子電圧Vfを印加
する時間により制御できる。
As is clear from FIG. 6, the electron-emitting device used in this embodiment has three characteristic properties with respect to the emission current Ie. That is, (i) the element is at a certain voltage (see FIG.
When an element voltage equal to or higher than Vth) is applied, the emission current Ie sharply increases, whereas when the element voltage is equal to or lower than the threshold voltage Vth, the emission current Ie is hardly detected. That is, it is a non-linear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie. (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. (Iii) The emission charge captured by the anode electrode 54 is:
It depends on the time for applying the element voltage Vf. 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.

【0063】以上の説明より理解されるように、本発明
に用いられる電子放出素子は、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。図6に
おいては、素子電流Ifが素子電圧Vfに対して単調増
加する(以下、「MI特性」という。)例を実線に示し
た。素子電流Ifが素子電圧Vfに対して電圧制御型負性抵
抗特性(以下、「VCNR特性」という。)を示す場合
もある(不図示)。これら特性は、前述の工程を制御す
ることで制御できる。
As will be understood from the above description, the electron-emitting device used in the present invention can easily control the electron emission characteristics according to the input signal. Using this property, an electron source composed of a plurality of electron-emitting devices,
It can be applied to various fields such as an image forming apparatus. 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 may exhibit a voltage-controlled negative resistance characteristic (hereinafter, referred to as “VCNR characteristic”) with respect to the element voltage Vf (not shown). These characteristics can be controlled by controlling the aforementioned steps.

【0064】本実施形態の画像形成装置は、このように
して得られる電子放出素子が複数個、基板上に配列した
電子源と、電子源からの電子線の照射により画像を形成
することができる画像形成部材とを組み合わせて構成さ
れる。
The image forming apparatus of this embodiment can form an image by irradiating an electron source having a plurality of electron-emitting devices thus obtained arranged on a substrate and irradiating an electron beam from the electron source. It is configured in combination with an image forming member.

【0065】電子放出素子の配列については、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。
Regarding the arrangement of the electron-emitting devices, 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 connected to the wiring in the X direction. And the other of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same column is commonly connected to the wiring in the Y direction. This is a so-called simple matrix arrangement.

【0066】先ず、単純マトリクス配置について以下に
詳述する。図7において、71は電子源基板、72はX
方向配線、73はY方向配線である。74は電子放出素
子、75は結線である。なお、電子放出素74は前述し
た平面型あるいは垂直型のどちらであってもよい。
First, the simple matrix arrangement will be described in detail below. In FIG. 7, 71 is an electron source substrate, and 72 is X
The direction wiring 73 is a Y-direction wiring. 74 is an electron-emitting device, and 75 is a connection. Note that the electron emitting element 74 may be of the above-mentioned flat type or vertical type.

【0067】X方向配線は、m本のX方向配線72、Dx
1, Dx2, …, Dxmからなる。これらは、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、膜厚及び幅は適宜
設計される。Y方向配線73は,Dy1, Dy2, …, Dyn の
n本の配線よりなり、X方向配線72と同様に形成され
る。これらm本のX方向配線72とn本のY方向配線7
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 X-direction wiring includes m X-direction wirings 72, Dx
1, Dx2,…, Dxm. These can be made of a conductive metal or the like formed using a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. The material, thickness and width of the wiring are appropriately designed. The Y-direction wiring 73 includes n wirings Dy1, Dy2,..., Dyn, and is formed in the same manner as the X-direction wiring 72. These m X-direction wires 72 and n Y-direction wires 7
3, an interlayer insulating layer (not shown) is provided.
Both are electrically separated (m and n are both positive integers).

【0068】不図示の層間絶縁層は,真空蒸着法,印刷
法,スパッタ法等を用いて形成されたSiO2 等で構成
される。例えば、X方向配線72を形成した基板71の
全面或は一部に所望の形状で形成され,特に,X方向配
線72とY方向配線73の交差部の電位差に耐え得るよ
うに,膜厚,材料,製法が,適宜設定される。X方向配
線72とY方向配線73は,それぞれ外部端子として引
き出されている。電子放出素子74を構成する一対の電
極(不図示)は、m本のX方向配線72及びn本のY方
向配線73と導電性金属等からなる結線75によって電
気的に接続されている。
The interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by using a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. For example, it is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the substrate 71 on which the X-directional wiring 72 is formed. Materials and manufacturing methods are set as appropriate. The X-direction wiring 72 and the Y-direction wiring 73 are led out as external terminals. A pair of electrodes (not shown) constituting the electron-emitting device 74 are electrically connected to the m X-directional wires 72 and the n Y-directional wires 73 by a connection 75 made of a conductive metal or the like.

【0069】X方向配線72及びY方向配線73を構成
する材料、結線75を構成する材料及び一対の素子電極
を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が
同一であっても、またそれぞれ異なってもよい。これら
材料は、例えば前述の素子電極の材料より適宜選択され
る。素子電極を構成する材料と配線材料が同一である場
合には、素子電極に接続した配線は素子電極ということ
もできる。
The material forming the X-direction wiring 72 and the Y-direction wiring 73, the material forming the connection 75, and the material forming the pair of element electrodes may have the same or some of the same constituent elements. Each may be different. 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.

【0070】本実施形態の製造方法によって得られる電
子放出素子については、前述したとおり(i)〜(ii
i)の特性がある。即ち、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れば、入力
信号に応じて、電子放出素子を選択して電子放出量を制
御できる。
As described above, the electron-emitting device obtained by the manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to (i) to (ii).
There is the characteristic of i). That is, when the electron emission from the 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, an electron emission element can be selected and the amount of electron emission can be controlled according to an input signal.

【0071】例えば、Y方向配線73には、Y方向に配
列した電子放出素子74の行を、選択するための走査信
号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。
一方、X方向配線72には、X方向に配列した電子放出
素子74の各列を入力信号に応じて、変調するための不
図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出素子
に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信
号と変調信号の差電圧として供給される。
For example, a scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 74 arranged in the Y direction is connected to the Y-direction wiring 73.
On the other hand, a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the electron-emitting devices 74 arranged in the X direction according to an input signal is connected to the X-direction wiring 72. 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.

【0072】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 a simple matrix wiring.

【0073】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図8〜図10を
用いて説明する。図8は、画像形成装置の表示パネルの
一例を示す模式図であり、図9は、図8の画像形成装置
に使用される蛍光膜の模式図である。また、図10は、
NTSC方式のテレビ信号に応じて表示を行なうための
駆動回路の一例を示すブロック図である。
An image forming apparatus configured using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic view showing an example of a display panel of the image forming apparatus, and FIG. 9 is a schematic view of a fluorescent film used in the image forming apparatus of FIG. FIG.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a drive circuit for performing display according to an NTSC television signal.

【0074】図8において、71は電子放出素子を複数
配した電子源基板、81は電子源基板71を固定したリ
アプレート、86はガラス基板83の内面に蛍光膜84
とメタルバック85等が形成されたフェースプレートで
ある。82は、支持枠であり該支持枠82には、リアプ
レート81、フェースプレート86が低融点のフリット
ガラスなどを用いて、接合される。74は、図1におけ
る電子放出部に相当する。72,73は、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。
8, reference numeral 71 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged; 81, a rear plate on which the electron source substrate 71 is fixed; 86, a fluorescent film 84 on the inner surface of a glass substrate 83;
And a face plate on which a metal back 85 and the like are formed. Reference numeral 82 denotes a support frame to which a rear plate 81 and a face plate 86 are joined by using low melting point frit glass or the like. Reference numeral 74 corresponds to the electron-emitting portion in FIG. Reference numerals 72 and 73 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the electron-emitting device.

【0075】外囲器88は、上述の如く、フェースープ
レート86、支持枠82、リアプレート81で構成され
る。リアプレート81は主に基板71の強度を補強する
目的で設けられるため、基板71自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート81は不要とすることがで
きる。即ち、基板71に直接支持枠82を封着し、フェ
ースプレート86、支持枠82及び基板71で外囲器8
8を構成しても良い。
The envelope 88 includes the face-plate 86, the support frame 82, and the rear plate 81 as described above. Since the rear plate 81 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the substrate 71, if the substrate 71 itself has sufficient strength, the separate rear plate 81 can be unnecessary. That is, the support frame 82 is directly sealed to the substrate 71, and the envelope 8 is formed by the face plate 86, the support frame 82 and the substrate 71.
8 may be configured.

【0076】一方、フェースープレート86、リアプレ
ート81間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を
設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ
外囲器88を構成することもできる。
On the other hand, by providing a support (not shown) called a spacer between the face plate 86 and the rear plate 81, an envelope 88 having sufficient strength against atmospheric pressure may be formed. it can.

【0077】図9は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜84は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列によりブラックストライプあるいはブラックマトリク
スなどと呼ばれる黒色導電材91と蛍光体92とから構
成することができる。ブラックストライプ、ブラックマ
トリクスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要とな
る三原色蛍光体の各蛍光体92間の塗り分け部を黒くす
ることで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜84に
おける外光反射によるコントラストの低下を抑制するこ
とにある。ブラックストライプの材料としては、通常用
いられている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性があ
り、光の透過及び反射が少ない材料を用いることができ
る。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a fluorescent film. The fluorescent film 84 can be composed of only a phosphor in the case of monochrome. In the case of a color fluorescent film, it can be composed of a black conductive material 91 called a black stripe or a black matrix and a fluorescent material 92 depending on the arrangement of the fluorescent materials. The purpose of providing the black stripes and the black matrix is to make the color separation between the phosphors 92 of the necessary three primary color phosphors black in the case of color display so that color mixing and the like become inconspicuous. 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.

【0078】ガラス基板93に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜84の内面側には、通常メタルバ
ック85が設けられる。メタルバックを設ける目的は、蛍
光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート86
側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
(通常、「フィルミング」と呼ばれる。)を行い、その
後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 85 is provided on the inner surface side of the fluorescent film 84. The purpose of providing the metal back is to convert the light emitted from the phosphor toward the inner surface into the face plate 86.
Improving the brightness by specular reflection to the side,
The purpose is to function as an electrode for applying an electron beam acceleration voltage, and to protect the phosphor from damage due to 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.

【0079】フェースプレート86には、更に蛍光膜8
4の導電性を高めるため、蛍光膜84の外面側に透明電
極(不図示)を設けてもよい。前述の封着を行う際に
は、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応
させる必要があり、十分な位置合わせが不可欠となる。
The face plate 86 further has a fluorescent film 8
A transparent electrode (not shown) may be provided on the outer surface side of the fluorescent film 84 in order to increase the conductivity of the phosphor film 84. When performing the above-described sealing, in the case of color, it is necessary to make each color phosphor correspond to the electron-emitting device, and sufficient alignment is indispensable.

【0080】図8に示した画像形成装置の製造方法の一
例を以下に説明する。図19はこの工程に用いる装置の
概要を示す模式図である。真空チャンバー181内に
は、電子源基板71を加熱するための加熱ステージ17
1を有し、電子源基板71はこの加熱ステージ上に保持
される。加熱ステージ171は、その表面温度が熱電対
等の温度検出手段(不図示)によって測定され、その値
をもとに加熱ステージに投入される電力を調整すること
により、一定の温度に保つことができる。
An example of a method for manufacturing the image forming apparatus shown in FIG. 8 will be described below. FIG. 19 is a schematic diagram showing an outline of an apparatus used in this step. A heating stage 17 for heating the electron source substrate 71 is provided in the vacuum chamber 181.
1, and the electron source substrate 71 is held on this heating stage. The surface temperature of the heating stage 171 can be maintained at a constant temperature by measuring the surface temperature by a temperature detecting means (not shown) such as a thermocouple and adjusting the power supplied to the heating stage based on the value. .

【0081】電子源基板71に形成されているX方向配
線とY方向配線は、それぞれ電子源基板の端部でm本と
n本のコンタクトピン174,175(図示の例ではm
×n本のうち2本のみ示してある。以下同様。)により
電気的接続が行われ、各コンタクトピンから導電性金属
線189,190(図示の例ではm×n本のうち2本の
み示してある。以下同様。)と電流導入端子187,1
88を介して、真空チャンバーの外部に取り出されてい
る。
The X-direction wiring and the Y-direction wiring formed on the electron source substrate 71 are respectively m and n contact pins 174 and 175 (m in the illustrated example) at the end of the electron source substrate.
Only two out of xn lines are shown. The same applies hereinafter. ), Electrical connection is made from each contact pin, and conductive metal wires 189, 190 (only two of m × n wires are shown in the illustrated example; the same applies hereinafter) and current introduction terminals 187, 1 from each contact pin.
Via 88, it is taken out of the vacuum chamber.

【0082】真空チャンバー181には、圧力計173
が取り付けられ、また、フォーミングに必要な不活性ガ
スや還元、凝集性ガスを真空チャンバー内に導入するた
めのガス導入ライン182が取り付けられている。ガス
導入ライン182の他端には、それぞれのガスの供給源
(例えば圧縮ガスボンベ等)が接続され、これらから一
定量のガスを真空チャンバー内に導入するために、ガス
導入ライン中にマスフローコントローラ等の流量制御手
段183,184が配置されている。
The vacuum chamber 181 has a pressure gauge 173
In addition, a gas introduction line 182 for introducing an inert gas, a reducing gas, and a cohesive gas necessary for forming into a vacuum chamber is provided. The other end of the gas introduction line 182 is connected to each gas supply source (for example, a compressed gas cylinder or the like), and a mass flow controller or the like is provided in the gas introduction line in order to introduce a certain amount of gas into the vacuum chamber. Are provided.

【0083】また、真空チャンバー181には、内部の
ガスを排気するための排気装置186がコンダクタンスを
変えることが可能なバルブ185を介して接続され、そ
のバルブの開度を制御することで排気流量を変えること
ができる。
An exhaust device 186 for exhausting the gas inside the vacuum chamber 181 is connected via a valve 185 whose conductance can be changed, and the exhaust gas flow rate is controlled by controlling the opening degree of the valve. Can be changed.

【0084】以上より、ガス導入の流量の制御とガス排
気の流量を制御を組み合わせることにより、真空チャン
バー内の圧力と真空チャンバー内のガス中に含まれる還
元、凝集性ガスの濃度を制御することが可能である。
As described above, by controlling the flow rate of the gas introduction and the flow rate of the gas exhaust, the pressure in the vacuum chamber and the concentration of the reducing and aggregating gas contained in the gas in the vacuum chamber are controlled. Is possible.

【0085】フォーミングは、真空チャンバー181内
の加熱ステージ上に電子源基板71を保持し、真空チャ
ンバー181内に窒素等の不活性ガスを導入する。この
時、真空チャンバー181から排気されるガスの流量
と、真空チャンバー181内に導入されるガスの導入量
を制御して真空チャンバー内の圧力がほぼ一定になるよ
うに制御する。この状態で、加熱ステージ171を加熱
して、電子源基板71の加熱を行う。
In the forming, the electron source substrate 71 is held on a heating stage in a vacuum chamber 181, and an inert gas such as nitrogen is introduced into the vacuum chamber 181. At this time, the flow rate of the gas exhausted from the vacuum chamber 181 and the amount of the gas introduced into the vacuum chamber 181 are controlled so that the pressure in the vacuum chamber becomes substantially constant. In this state, the heating stage 171 is heated to heat the electron source substrate 71.

【0086】次に、真空チャンバー181内のコンタク
トピン174,175を電子源基板上のX方向配線とY
方向配線の端部で接触させ、導電性金属線等を経由して
電気的接続を真空チャンバー外に取り出す。これらは、
真空チャンバー外の電源(不図示)とケーブル(不図
示)で接続され、電源から真空チャンバー181内の電
子源基板71上の配線に電圧を印加することができる。
Next, the contact pins 174 and 175 in the vacuum chamber 181 are connected to the X-direction wiring on the electron source substrate and to the Y-direction.
The contact is made at the end of the directional wiring, and the electrical connection is taken out of the vacuum chamber via a conductive metal wire or the like. They are,
It is connected to a power supply (not shown) outside the vacuum chamber by a cable (not shown), and can apply a voltage from the power supply to the wiring on the electron source substrate 71 in the vacuum chamber 181.

【0087】また、図14で示すように、X方向配線7
2のみを共通にし、Y方向配線73に、位相をずらした
パルスを順次印加(スクロール)することにより、電子
源基板内の全素子に電圧を印加することができる。図
中、143は電流測定用抵抗を、144は電流測定用の
オシロスコープを示す。この際、パルスの形状や、処理
の終了の判定などの条件は、個別素子のフォーミングに
ついての既述の方法に準じて選択すればよい。
Further, as shown in FIG.
The voltage can be applied to all of the elements in the electron source substrate by sequentially applying (scrolling) a pulse having a phase shifted to the Y-direction wiring 73 by using only the two in common. In the drawing, reference numeral 143 denotes a current measuring resistor, and 144 denotes a current measuring oscilloscope. At this time, conditions such as the shape of the pulse and the determination of the end of the processing may be selected according to the above-described method for forming the individual elements.

【0088】最後に、真空チャンバー内に還元、凝集性
ガスを導入する。当該ガスの導入に際し、真空チャンバ
ー内の圧力が変動しないように、還元、凝集性ガスの導
入量に応じて、不活性ガスの導入量を減らしたり、真空
チャンバーからの排気流量を増加させることができる。
Finally, a reducing and coagulating gas is introduced into the vacuum chamber. During the introduction of the gas, the amount of the inert gas may be reduced or the flow rate of the exhaust gas from the vacuum chamber may be increased according to the amount of the reducing and coagulating gas introduced so that the pressure in the vacuum chamber does not fluctuate. it can.

【0089】このような状況下で、電子源基板上に形成
された、各導電性膜では、通電された電流(膜電流)に
よって温度が上昇し、温度上昇した膜が還元、凝集を促
進させるガスと反応し、還元することで更に電流が増加
し、最終的には導電性膜4の一部が凝集し、局所的に構
造変化が起こし、電子放出部の形成が行われ、フォーミ
ングが完了する。
Under these circumstances, in each conductive film formed on the electron source substrate, the temperature rises due to an applied current (film current), and the film whose temperature has risen promotes reduction and aggregation. By reacting with the gas and reducing it, the current further increases, and eventually a part of the conductive film 4 aggregates, causing a local structural change, forming an electron emission portion, and completing the forming. I do.

【0090】本実施形態では、通電フォーミングを以下
の手順で行なうことが好ましい。 (1)不活性ガスを導入して、真空チャンバー内の圧力
を一定に保持する。 (2)電子源基板を加熱する。 (3)電子源基板上の素子電極に電圧を印加する。 (4)真空チャンバー内の圧力を一定に維持しながら、
還元又は凝集性ガスを導入する。
In the present embodiment, the energization forming is preferably performed in the following procedure. (1) The pressure in the vacuum chamber is kept constant by introducing an inert gas. (2) Heat the electron source substrate. (3) Apply a voltage to the device electrodes on the electron source substrate. (4) While keeping the pressure in the vacuum chamber constant,
A reducing or aggregating gas is introduced.

【0091】この手順が好ましい理由には、以下の点が
挙げられる。 (2)の電子源基板の加熱では、加熱ステージ等からの
熱伝導によって、電子源基板を加熱するので、加熱ステ
ージで電子源基板を所望の温度に加熱しても、その後に
不活性ガスを導入すると、電子源基板と加熱ステージ間
の熱伝導性が変化し、電子源基板の温度が変化してしま
うので、再度、所望の温度で安定になるまで長時間を要
する。また、特に、真空中での加熱に比べ、不活性ガス
中での加熱は、熱伝導性が良いので、加熱する時間が速
くなる。従って、(1)の後に(2)を行うことが好ま
しい。
The following are the reasons why this procedure is preferable. In the heating of the electron source substrate in (2), the electron source substrate is heated by heat conduction from a heating stage or the like. Therefore, even if the electron source substrate is heated to a desired temperature by the heating stage, the inert gas is thereafter discharged. When introduced, the thermal conductivity between the electron source substrate and the heating stage changes, and the temperature of the electron source substrate changes. Therefore, it takes a long time until the temperature becomes stable again at the desired temperature. In particular, heating in an inert gas has better thermal conductivity than heating in a vacuum, so that the heating time is shorter. Therefore, it is preferable to perform (2) after (1).

【0092】導電性膜を構成する金属酸化物は、(4)
の還元、凝集性ガスの雰囲気に暴露されるだけで、金属
膜に変化する。フォーミングでは、電子源基板上の多数
の導電性膜に共通の配線を介して同時に電圧を印加する
ので、導電性膜が電気抵抗の小さい金属膜の場合、配線
に流れる電流が非常に大きくなってしまう。大電流を配
線に流すことは、配線材料の蒸発による断線等を引き起
こす可能性がある。また、大電流を流すための電源設備
必要となり、装置コストが高くなる。従って、完全にフ
ォーミングでは、導電性膜が金属膜に還元される過程で
電圧が印加れていることが必要になるので、(3)の後
に(4)を行うことが好ましい。
The metal oxide constituting the conductive film is (4)
Is reduced to a metal film only by exposure to an atmosphere of a cohesive gas. In forming, a voltage is simultaneously applied to a large number of conductive films on an electron source substrate via a common wiring, so when the conductive film is a metal film having a small electric resistance, a current flowing through the wiring becomes extremely large. I will. Flowing a large current through the wiring may cause disconnection or the like due to evaporation of the wiring material. In addition, power supply equipment for flowing a large current is required, and the cost of the apparatus is increased. Therefore, in complete forming, it is necessary to apply a voltage in the process of reducing the conductive film to a metal film, and therefore it is preferable to perform (4) after (3).

【0093】(1),(2),(3)の順序についての
制限は、あまり明確ではないが、素子に対して不要な長
時間の電圧印加を避ける観点から、(2)の後に(3)
を行うことが好ましい。
The restrictions on the order of (1), (2), and (3) are not so clear, but from the viewpoint of avoiding unnecessary long-time voltage application to the element, (3) is added after (2). )
Is preferably performed.

【0094】本実施形態では、通電フォーミングで還
元、凝集性ガスの導入を行う際に、チャンバー内の圧力
変動が少ないので、加熱ステージと電子源基板間の熱伝
導に変化が少なく、基板面内での温度分布が、通電フォ
ーミングの最中でも維持しやすい。従って、基板面内の
種種の位置に形成された電子放出素子に対しても、一様
の通電フォーミング条件を保つことが出来るので、得ら
れる電子放出部の形態の均一性を向上させることができ
る。
In the present embodiment, when reducing and introducing a cohesive gas by energization forming, the pressure fluctuation in the chamber is small, so that there is little change in the heat conduction between the heating stage and the electron source substrate, Is easy to maintain even during the energization forming. Therefore, even for the electron-emitting devices formed at various positions in the substrate surface, uniform energization forming conditions can be maintained, so that the uniformity of the shape of the obtained electron-emitting portion can be improved. .

【0095】このようにして得られた電子源基板を画像
形成装置に用いることにより、輝度の均一性に優れた画
像形成装置が得られる。
By using the electron source substrate thus obtained for an image forming apparatus, an image forming apparatus having excellent luminance uniformity can be obtained.

【0096】また、フォーミングをチャンバー内で行う
ので、従来、外囲器を形成後、この中で行う場合に比
べ、ガスのコンダクタンスを比較的自由に設計すること
ができるため、ガスの導入/排気を容易に行う事が出来
る。従って、フォーミング時におけるガスの雰囲気を安
定して、しかも速く作製することができる。
Further, since the forming is performed in the chamber, the conductance of the gas can be designed relatively freely as compared with the conventional case where the envelope is formed and then formed therein. Can be easily performed. Therefore, the gas atmosphere at the time of forming can be manufactured stably and quickly.

【0097】本実施形態では、還元、凝集性ガスの分圧
比がフォーミング時に変化するので、還元、凝集性ガス
と不活性ガスとの熱伝導率が近いほどフォーミング時の
熱伝導率の変化は小さくなり電子源基板の温度分布の維
持されやすくなるので好ましい。例えば、還元、凝集性
ガスとして水素(熱伝導率:0.17Wm-2-2)を用
いた場合、これに近い熱伝導率を有するガスとしてヘリ
ウム(熱伝導率:0.14Wm-2-2)を用いることが
好ましい。
In this embodiment, since the partial pressure ratio of the reducing and aggregating gas changes at the time of forming, the change in the thermal conductivity at the time of forming is smaller as the thermal conductivity of the reducing and aggregating gas and the inert gas is closer. This is preferable because the temperature distribution of the electron source substrate is easily maintained. For example, when hydrogen (thermal conductivity: 0.17 Wm -2 K -2 ) is used as a reducing and coagulating gas, helium (thermal conductivity: 0.14 Wm -2 K) is used as a gas having a thermal conductivity close to this. -2 ) is preferably used.

【0098】また、上記以外のガスを用いて行う場合で
も、還元、凝集性ガスとして水素(熱伝導率:0.17
Wm-2-2)を用いた場合は、フォーミングの際の還
元、凝集性ガスの分圧比は、不活性ガスに対して10%
以下であることが好ましい。熱伝導率の差が約1桁程度
であり、100%不活性ガスの雰囲気での熱伝導性との
差が実質上生じなくなり、フォーミング時の基板温度分
布に変化が生じ難くなる。
Even when using a gas other than those described above, hydrogen (heat conductivity: 0.17
When Wm -2 K -2 ) is used, the partial pressure ratio of the reducing and coagulating gas during forming is 10% with respect to the inert gas.
The following is preferred. The difference in thermal conductivity is about one order of magnitude, the difference from the thermal conductivity in an atmosphere of 100% inert gas does not substantially occur, and the substrate temperature distribution during forming hardly changes.

【0099】また、還元、凝集性ガスの分圧は、ガスの
種類によっても異なるが、水素を用いる場合、約10m
Torr以上が好ましい。10mTorr以上であれ
ば、導電性膜の還元速度が所望の値になり、フォーミン
グに要する時間がかかることはない。このことから、フ
ォーミング時の圧力は、1Torr以上とすることが好
ましい。
The partial pressure of the reducing and aggregating gas varies depending on the type of the gas.
Torr or more is preferable. If it is 10 mTorr or more, the reduction rate of the conductive film becomes a desired value, and the time required for forming does not take much time. From this, it is preferable that the pressure at the time of forming be 1 Torr or more.

【0100】フォーミングが終了した電子源基板は、リ
アプレート上に固定され、フェースプレート、支持枠等
とともに低融点のフリットガラスなどを用いて、接合さ
れ前述した外囲器88が形成される。得られた外囲器8
8には、排気管132が設けられ、図13に示した構成
の真空排気装置によって活性化以下の工程を行うことが
できる。
The electron source substrate on which the forming has been completed is fixed on a rear plate, and is joined together with a face plate, a support frame and the like using low-melting frit glass or the like to form the envelope 88 described above. The obtained envelope 8
8 is provided with an exhaust pipe 132, and the following steps can be performed by the vacuum exhaust device having the configuration shown in FIG.

【0101】図13で、外囲器88は、排気管132を
介して、真空チャンバー133に連結され、更にゲート
バルブ134を介して排気装置135に接続されてい
る。真空チャンバー133には、内部の圧力及び雰囲気
中の各成分の分圧を測定するために、圧力計136、四
重極質量分析器137等が取り付けられている。画像表
示装置131の外囲器88内部の圧力などを直接測定す
ることは困難であるため、該真空チャンバー133内の
圧力などを測定し、処理条件を制御する。真空チャンバ
ー133には、更に必要なガスを当該真空チャンバー1
33内に導入して雰囲気を制御するため、ガス導入ライ
ン138が接続されている。このガス導入ライン138
の他端には導入物質源140が接続されており、導入物
質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵されている。ガ
ス導入ラインの途中には、導入物質を導入するレートを
制御するための導入制御手段139が設けられている。
該導入量制御手段としては具体的には、スローリークバ
ルブなど逃す流量を制御可能なバルブや、マスフローコ
ントローラーなどが、導入物質の種類に応じて、それぞ
れ使用が可能である。図13の装置により外囲器88の
内部を排気した後、有機物質がガス導入ライン138か
ら導入される。
In FIG. 13, the envelope 88 is connected to a vacuum chamber 133 via an exhaust pipe 132, and further connected to an exhaust device 135 via a gate valve. The vacuum chamber 133 is provided with a pressure gauge 136, a quadrupole mass analyzer 137, and the like for measuring the internal pressure and the partial pressure of each component in the atmosphere. Since it is difficult to directly measure the pressure inside the envelope 88 of the image display device 131, the processing conditions are controlled by measuring the pressure inside the vacuum chamber 133 and the like. In the vacuum chamber 133, further necessary gas is supplied to the vacuum chamber 1
A gas introduction line 138 is connected to introduce the gas into the inside 33 and control the atmosphere. This gas introduction line 138
The other end is connected to an introduction substance source 140, and the introduction substance is stored in an ampoule, a cylinder or the like. In the middle of the gas introduction line, there is provided an introduction control means 139 for controlling the rate at which the introduced substance is introduced.
As the introduction amount control means, specifically, a valve such as a slow leak valve capable of controlling the flow rate to be released, a mass flow controller, or the like can be used according to the type of the substance to be introduced. After the inside of the envelope 88 is evacuated by the apparatus shown in FIG. 13, an organic substance is introduced from the gas introduction line 138.

【0102】このようにして形成した有機物質を含む雰
囲気中で、各電子放出素子に電圧を印加することによ
り、炭素あるいは炭素化合物、ないし両者の混合物が電
子放出部に堆積し、電子放出量がドラスティックに上昇
するのは、個別素子の場合と同様である。
By applying a voltage to each electron-emitting device in the atmosphere containing the organic substance formed in this way, carbon or a carbon compound, or a mixture of both, is deposited on the electron-emitting portion, and the amount of electron emission is reduced. The drastic rise is similar to the case of the individual element.

【0103】活性化工程終了後は、個別素子の形成の場
合と同様に、安定化工程を行うことが好ましい。外囲器
88を加熱して、80〜250℃に保持しながら、イオ
ンポンプ、ソープションポンプなどのオイルを使用しな
い排気装置135により排気管132を通じて排気し、
有機物質の十分少ない雰囲気にした後、排気管をバーナ
ーで熱して溶解させて封じ切る。外囲器88の封止後の
圧力を維持するために、ゲッター処理を行なうこともで
きる。これは、外囲器88の封止を行う直前あるいは封
止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱に
より、外囲器88内の所定の位置(不図示)に配置され
たゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲ
ッターは通常ばBa等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作
用により、外囲器88内の雰囲気を維持するものであ
る。
After completion of the activation step, it is preferable to perform a stabilization step as in the case of forming an individual element. While the envelope 88 is heated and maintained at 80 to 250 ° C., the gas is exhausted through an exhaust pipe 132 by an exhaust device 135 that does not use oil, such as an ion pump and a sorption pump.
After the atmosphere is made sufficiently low in organic substances, the exhaust pipe is heated with a burner to dissolve and seal off. In order to maintain the pressure after the envelope 88 is sealed, a getter process may be performed. This is because the getter disposed at a predetermined position (not shown) in the envelope 88 is heated by heating using resistance heating, high-frequency heating, or the like immediately before or after the envelope 88 is sealed. This is a process for forming a deposited film. The getter is usually composed mainly of Ba or the like, and maintains the atmosphere in the envelope 88 by the adsorption action of the deposited film.

【0104】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、NTSC方式のテレビ信号に基づ
いたテレビジョン表示を行うための駆動回路の構成例に
ついて、図10を用いて説明する。図10において、1
01は画像表示表示パネル、102は走査回路、103
は制御回路、104はシフトレジスタである。105は
ラインメモリ、106は同期信号分離回路、107は変
調信号発生器、VX およびVa は直流電圧源である。表
示パネル101は、端子Dox1乃至Doxm、端子Doy1乃至Do
yn、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Doy1乃至Doyn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
配線された電子放出素子群を一行(M素子)ずつ順次駆
動する為の走査信号が印加される。
Next, an example of the configuration of a drive circuit for performing television display based on an NTSC television signal on a display panel configured using electron sources in a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. . In FIG. 10, 1
01 is an image display panel, 102 is a scanning circuit, 103
Is a control circuit, and 104 is a shift register. 105 is a line memory, 106 is a synchronization signal separation circuit, 107 is a modulation signal generator, and VX and Va are DC voltage sources. The display panel 101 includes terminals Dox1 to Doxm, terminals Doy1 to Doy1.
yn and a high-voltage terminal Hv to connect to an external electric circuit. Terminals Doy1 to Doyn are provided with scanning signals for sequentially driving electron sources provided in the display panel, that is, electron emission element groups arranged in a matrix of M rows and N columns, one row at a time (M elements). Is applied.

【0105】端子Dx1 乃至Dxm には、前記走査信号によ
り選択された一行の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10kVの直流
電圧が供給されるが、これは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ために十分なエネルギ
ーを付与するための加速電圧である。
To the terminals Dx1 to Dxm, a modulation signal for controlling the output electron beam of each of the electron-emitting devices in one row selected by the scanning signal is applied. The high-voltage terminal Hv is supplied with a DC voltage of, for example, 10 kV from a DC voltage source Va, which is used to apply sufficient energy to an electron beam emitted from the electron-emitting device to excite the phosphor. Acceleration voltage.

【0106】走査回路102について説明する。同回路
は、内部にn個のスイッチング素子を備えたものである
(図中、S1乃至Snで模式的に示している。)。各ス
イッチング素子は、直流電圧源VX の出力電圧もしくは
0V(グランドレベル)のいずれか一方を選択し、表示
パネル101の端子Dy1 乃至Dyn と電気的に接続され
る。S1乃至Snの各スイッチング素子は、制御回路1
03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 102 will be described. The circuit includes n switching elements inside (in the figure, S1 to Sn are schematically shown). Each switching element selects either the output voltage of the DC voltage source VX or 0 V (ground level) and is electrically connected to the terminals Dy1 to Dyn of the display panel 101. Each of the switching elements S1 to Sn is a control circuit 1
The circuit operates based on the control signal Tscan output from the switching element 03 and can be configured by combining switching elements such as FETs.

【0107】直流電圧源VX は、本例の場合には電子放
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 this example, the DC voltage source VX determines that the drive voltage applied to the unscanned element is equal to or lower than the electron emission threshold voltage based on the characteristics of the electron emission element (electron emission threshold voltage). It is set to output such a constant voltage.

【0108】制御回路103は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行なわれるように各部の動
作を整合させる機能を有する。この制御回路103は、
同期信号分離回路106より送られる同期信号Tsync に
基づいて、各部に対してTscan およびTsftおよびTmryの
各制御信号を発生する。
The control circuit 103 has a function of matching the operation of each unit so that appropriate display is performed based on an image signal input from the outside. This control circuit 103
Based on the synchronizing signal Tsync sent from the synchronizing signal separation circuit 106, each control signal of Tscan, Tsft and Tmry is generated for each unit.

【0109】同期信号分離回路106は、外部から入力
されるNTSC方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離する為の回路で、一般的な周波数分
離(フィルター)回路等を用いて構成できる。同期信号
分離回路106により分離された同期信号は、垂直同期
信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上
Tsync 信号として図示した。前記テレビ信号から分離さ
れた画像の輝度信号成分は便宜上DATA信号と表した。該
DATA信号はシフトレジスタ104に入力される。
The synchronizing signal separating circuit 106 is a circuit for separating a synchronizing signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside. Can be configured. The synchronizing signal separated by the synchronizing signal separating circuit 106 includes a vertical synchronizing signal and a horizontal synchronizing signal.
This is shown as a Tsync signal. The luminance signal component of the image separated from the television signal is represented as a DATA signal for convenience. The
The DATA signal is input to the shift register 104.

【0110】シフトレジスタ104は、時系列的にシリ
アルに入力される前記DATA信号を、画像の1ライン毎に
シリアル/パラレル変換するためのもので、前記制御回
路103より送られる制御信号Tsftに基づいて動作する
(即ち、制御信号Tsftは,シフトレジスタ104のシフ
トクロックであるということもできる。)。シリアル/
パラレル変換された画像1 ライン分(電子放出素子M素
子分の駆動データに相当)のデータは、Id1 乃至Idm の
M個の並列信号として前記シフトレジスタ104より出
力される。
The shift register 104 is for serially / parallel converting the DATA signal input serially in time series for each line of an image, and is based on a control signal Tsft sent from the control circuit 103. (That is, the control signal Tsft can be said to be a shift clock of the shift register 104). Cereal/
The data of one line of the parallel-converted image (corresponding to the drive data of the M electron-emitting devices) is output from the shift register 104 as M parallel signals of Id1 to Idm.

【0111】ラインメモリ105は、画像1ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路103より送られる制御信号Tmryに従って
適宜Id1 乃至Idm の内容を記憶する。記憶された内容
は、I'd1乃至I'dmとして出力され、変調信号発生器10
7に入力される。
The line memory 105 is a storage device for storing data for one line of an image for a required time only, and stores the contents of Id1 to Idm as appropriate according to a control signal Tmry sent from the control circuit 103. The stored contents are output as I'd1 to I'dm, and the modulated signal generator 10
7 is input.

【0112】変調信号発生器107は、画像データI'd1
乃至I'dmの各々に応じて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
Dox1乃至Doxmを通じて表示パネル101内の電子放出素
子に印加される。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V
thがあり、Vth以上の電圧を印加された時のみ電子放出
が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素
子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。こ
のことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、
例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は
生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値V
mを変化させる事により出力電子ビームの強度を制御す
ることが可能である。また、パルスの幅Pwを変化させ
ることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御
することが可能である。
The modulation signal generator 107 outputs the image data I'd1
To a signal source for appropriately driving and modulating each of the electron-emitting devices according to each of I′dm to I′dm, and the output signal is a terminal
The voltage is applied to the electron-emitting devices in the display panel 101 through Dox1 to Doxm. 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 V is required for electron emission.
and electron emission occurs only when a voltage higher than Vth is applied. For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold, the emission current also changes according to the change in the voltage applied to the device. From this, when applying a pulsed voltage to this element,
For example, when a voltage lower than the electron emission threshold is applied, electron emission does not occur, but when a voltage higher than the electron emission threshold is applied, an electron beam is output. At this time, the pulse peak value V
By changing m, the intensity of the output electron beam can be controlled. In addition, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam by changing the pulse width Pw.

【0113】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器107として、一定長さの電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波
高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いること
ができる。
Therefore, as a method of modulating the electron-emitting device according to the input signal, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be adopted. When implementing the voltage modulation method, a circuit of a voltage modulation method that generates a voltage pulse of a fixed length and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data is used as the modulation signal generator 107. be able to.

【0114】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器107として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。
In implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 107, a pulse width modulation type circuit that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data can be used.

【0115】シフトレジスタ104やラインメモリ10
5は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。画像信号のシリアル/パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。
The shift register 104 and the line memory 10
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.

【0116】デジタル信号方式を用いる場合には、同期
信号分離回路106の出力信号DATAをデジタル信号化す
る必要があるが、これには106の出力部にA/D変換
器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ105
の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変
調信号発生器107に用いられる回路が若干異なったも
のとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の
場合、変調信号発生器107には、例えばD/A変換回
路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パル
ス幅変調方式の場合、変調信号発生器107には、例え
ば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数する
計数器(カウンタ)及び計数器の出力値と前記メモリの
出力値を比較する比較器(コンパレータ)を組み合せた
回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス
幅変調された変調信号を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 system is used, it is necessary to convert the output signal DATA of the synchronizing signal separation circuit 106 into a digital signal. For this purpose, an A / D converter may be provided at the output of the synchronization signal separation circuit 106. In connection with this, the line memory 105
The circuit used for the modulation signal generator 107 is slightly different depending on whether the output signal is a digital signal or an analog signal. That is, in the case of the voltage modulation method using a digital signal, for example, a D / A conversion circuit is used as the modulation signal generator 107, and an amplification circuit and the like are added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, the modulation signal generator 107 includes, for example, a high-speed oscillator, a counter for counting the number of waves output from the oscillator, and a comparator for comparing the output value of the counter with the output value of the memory. (Comparator) is used. If necessary, an amplifier for amplifying the pulse width modulated signal output from the comparator to the drive voltage of the electron-emitting device can be added.

【0117】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器107には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路(VOC)を
採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで電
圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
In the case of the voltage modulation method using an analog signal, an amplification circuit using, for example, an operational amplifier can be used as the modulation signal generator 107, and a level shift circuit and the like can be added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, for example, a voltage-controlled oscillation circuit (VOC) can be employed, and an amplifier for amplifying the voltage up to the drive voltage of the electron-emitting device can be added as necessary.

【0118】このような構成をとり得る本発明の画像表
示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Dox1
乃至Doxm、Doy1乃至Doynを介して電圧を印加することに
より、電子放出が生ずる。高圧端子HV を介してメタル
バック85、あるいは透明電極(不図示)に高圧を印加
し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜
84に衝突し、発光が生じて画像が形成される。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方式などや、これらよりも多数
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信号)方式をも採用できる。
In the image display device of the present invention which can take such a configuration, each of the electron-emitting devices is provided with an external terminal Dox1.
When a voltage is applied through Doxm and Doy1 to Doyn, electron emission occurs. A high voltage is applied to the metal back 85 or a transparent electrode (not shown) via the high voltage terminal HV to accelerate the electron beam. The accelerated electrons collide with the fluorescent film 84 and emit light to form an image. 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. For input signals, NTSC
Although the input signal is described above, the input signal is not limited to this. For example, a PAL or SECAM method or a TV signal including a larger number of scanning lines (for example, a high-definition TV signal such as the MUSE method) is used. Can also be adopted.

【0119】図11は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図11において、110は電子源基
板、111は電子放出素子である。112、Dx1〜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。即ち、電子ビー
ムを放出させたい素子行には、電子放出しきい値以上の
電圧を、電子ビームを放出しない素子行には、電子放出
しきい値以下の電圧を印加する。各素子行間の共通配線
Dx2 〜Dx9 は、例えばDx2 、Dx3 を同一配線とすること
もできる。
FIG. 11 is a schematic view showing an example of a ladder type electron source. In FIG. 11, reference numeral 110 denotes an electron source substrate, and 111 denotes an electron-emitting device. 112, Dx1 to Dx10
Is a common wiring for connecting the electron-emitting devices 111. A plurality of the electron-emitting devices 111 are arranged on the substrate 110 in parallel in the X direction (this is called an element row). A plurality of the element rows are arranged to constitute an electron source. By applying a drive voltage between the common wires of each element row, each element row can be driven independently. That is, a voltage equal to or higher than the electron emission threshold is applied to an element row that wants to emit an electron beam, and a voltage equal to or lower than the electron emission threshold is applied to an element row that does not emit an electron beam. Common wiring between each element row
For Dx2 to Dx9, for example, Dx2 and Dx3 can be made the same wiring.

【0120】図12は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。120はグリッド電極、121は電子が通過するた
め空孔、122はDox1,Dox2,...Doxm よりなる容器外端
子である。123は、グリッド電極120と接続された
G1, G2, ....Gnからなる容器外端子、124は各素子行
間の共通配線を同一配線とした電子源基板である。図1
2においては、図8、図11に示した部位と同じ部位に
は、これらの図に付したのと同一の符号を付している。
ここに示した画像形成装置と、図8に示した単純マトリ
クス配置の画像形成装置との大きな違いは、電子源基板
110とフェースプレート86の間にグリッド電極12
0を備えているか否かである。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a panel structure in an image forming apparatus provided with a ladder-type electron source. Reference numeral 120 denotes a grid electrode, 121 denotes a hole for passing electrons, and 122 denotes an external terminal made of Dox1, Dox2,. 123 is connected to the grid electrode 120
.. Gn, outside terminals of the container, and 124 is an electron source substrate in which the common wiring between the element rows is the same wiring. FIG.
In FIG. 2, the same portions as those shown in FIGS. 8 and 11 are denoted by the same reference numerals as those shown in these drawings.
The major difference between the image forming apparatus shown here and the image forming apparatus having the simple matrix arrangement shown in FIG. 8 is that the grid electrode 12 is disposed between the electron source substrate 110 and the face plate 86.
0 or not.

【0121】図12においては、基板110とフェ−ス
プレ−ト86の間には、グリッド電極120が設けられ
ている。グリッド電極120は、電子放出素子から放出
された電子ビ−ムを変調するためのものであり、はしご
型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電
極に電子ビ−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、グリッドを放出素子の周囲や近
傍に設けることもできる。
In FIG. 12, a grid electrode 120 is provided between the substrate 110 and the face plate 86. The grid electrode 120 modulates the electron beam emitted from the electron-emitting device, and allows the electron beam to pass through a stripe-shaped electrode provided orthogonal to the ladder-shaped element row. Therefore, one for each element
A circular opening 121 is provided for each piece. The shape and installation position of the grid are not limited to those shown in FIG. For example, a large number of passage openings may be provided in a mesh shape as openings, and a grid may be provided around or near the emission element.

【0122】容器外端子122及びグリッド容器外端子
123は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。本例の画像形成装置では、素子行を1列ずつ順次駆
動(走査)していくのと同期してグリッド電極列に画像
1ライン分の変調信号を同時に印加する。これにより、
各電子ビ−ムの蛍光体への照射を制御し、画像を1ライ
ンずつ表示すことができる。
The outer container terminal 122 and the grid outer terminal 123 are electrically connected to a control circuit (not shown). In the image forming apparatus of the present embodiment, a modulation signal for one line of an image is simultaneously applied to the grid electrode columns in synchronization with sequentially driving (scanning) the element rows one by one. This allows
By controlling the irradiation of each electron beam to the phosphor, an image can be displayed line by line.

【0123】本実施形態の画像形成装置は、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 embodiment can be used as a display device for a television broadcast, a display device such as a video conference system or a computer, or an image forming device as an optical printer using a photosensitive drum or the like. Can also be used.

【0124】[0124]

【実施例】以下、実施例により本発明をより詳細に説明
する。 《実施例1》本実施例では、表示等に用いる画像形成装
置を説明する。図8は、画像形成装置の基本構成図であ
り、図9は、蛍光膜である。電子源の一部の平面図を図
15に示す。また、図中のA−A’断面図を図16に示
す。但し、図15及び図16で同じ記号を示したもの
は、同じものを示す。ここで71は基板、72は図8の
Doxmに対応するX方向配線(下配線とも呼ぶ)、73
は図8のDoynに対応するY方向配線(上配線とも呼
ぶ)、4は電子放出部を含む薄膜、2,3は素子電極、
151は層間絶縁層、152は素子電極2と下配線72
と電気的接続のためのコンタクトホールである。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. Embodiment 1 In this embodiment, an image forming apparatus used for display and the like will be described. FIG. 8 is a basic configuration diagram of the image forming apparatus, and FIG. 9 is a fluorescent film. FIG. 15 is a plan view of a part of the electron source. FIG. 16 is a sectional view taken along the line AA ′ in the figure. However, the same reference numerals in FIGS. 15 and 16 indicate the same components. Here, 71 is a substrate, 72 is an X-direction wiring (also referred to as a lower wiring) corresponding to Doxm in FIG.
Is a Y-direction wiring (also referred to as an upper wiring) corresponding to Doyn in FIG. 8, 4 is a thin film including an electron emitting portion, 2 and 3 are device electrodes,
151 is an interlayer insulating layer; 152 is an element electrode 2 and a lower wiring 72;
And a contact hole for electrical connection.

【0125】本実施例の電子源には、X方向配線上に3
00個、Y方向配線上に100個の電子放出素子が形成
されている。次に、電子源の製造方法を図17及び図1
8により工程順に従って具体的に説明する。
In the electron source of this embodiment, 3
00 and 100 electron-emitting devices are formed on the Y-direction wiring. Next, a method of manufacturing an electron source will be described with reference to FIGS.
The process will be specifically described with reference to FIG.

【0126】工程a 青板ガラス(厚さ2.8mm)上に厚さ0.5μmのシ
リコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板71上に、真
空蒸着により厚さ5nmのCr、厚さ600nmのAu
を順次積層した後、フォトレジスト(AZ1370ヘキ
スト社製)をスピンナーにより回転塗布、ベークした
後、フォトマスク像を露光、現像して、下配線72のレ
ジストパターンを形成し、Au/Cr堆積膜をウェット
エッチングして、所望の形状の下配線72を形成する
(図17(A))。
Step a 5 nm thick Cr and 600 nm thick Au were deposited by vacuum evaporation on a substrate 71 in which a 0.5 μm thick silicon oxide film was formed on a soda lime glass (2.8 mm thick) by sputtering.
Are sequentially laminated, a photoresist (manufactured by AZ1370 Hoechst) is spin-coated with a spinner, baked, and then a photomask image is exposed and developed to form a resist pattern of the lower wiring 72, and an Au / Cr deposited film is formed. The lower wiring 72 having a desired shape is formed by wet etching (FIG. 17A).

【0127】工程b 次に、厚さ1.0μmのシリコン酸化膜からなる層間絶
縁層151をRFスパッタ法により堆積する(図17
(B))。
Step b Next, an interlayer insulating layer 151 made of a silicon oxide film having a thickness of 1.0 μm is deposited by RF sputtering (FIG. 17).
(B)).

【0128】工程c 工程bで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール1
52を形成するためのホトレジストパターンを作り、こ
れをマスクとして層間絶縁層151をエッチングして
コンタクトホール152を形成する(図17(C))。
エッチングはCF4 とH2 ガスを用いたRIE(Rea
ctive Ion Etching)法によった。
Step c A contact hole 1 was formed in the silicon oxide film deposited in Step b.
A photoresist pattern is formed for forming the first and second interlayer insulating layers 151 using the photoresist pattern as a mask.
A contact hole 152 is formed (FIG. 17C).
Etching is performed using RIE (Rea) using CF 4 and H 2 gas.
active ion etching) method.

【0129】工程d その後、素子電極2と素子電極3間ギャップG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)形成し、真空蒸着法により、厚さ5nm
のTi、厚さ100nmのNiを順次堆積した。フォト
レジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ni/Ti堆積
膜をリフトオフした。素子電極間隔L1は5mmとし、
素子電極の幅W1を300mmとして、素子電極2,3
を形成した(図17(D))。
Step d Thereafter, a pattern to be a gap G between the device electrode 2 and the device electrode 3 is formed by a photoresist (RD-2000N-41).
Formed by Hitachi Chemical Co., Ltd., and 5 nm thick by vacuum evaporation
Of Ti and 100 nm of Ni were sequentially deposited. The photoresist pattern was dissolved with an organic solvent, and the Ni / Ti deposited film was lifted off. The element electrode interval L1 is 5 mm,
Assuming that the width W1 of the device electrode is 300 mm, the device electrodes 2, 3
Was formed (FIG. 17D).

【0130】工程e 素子電極3の上に上配線73のフォトレジストパターン
を形成した後、厚さ5nmのTi、厚さ500nmのA
uを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不要
の部分を除去して、所望の形状の上配線73を形成した
(図18(A))。
Step e After forming a photoresist pattern of the upper wiring 73 on the element electrode 3, a 5 nm thick Ti and a 500 nm thick A
u was sequentially deposited by vacuum evaporation, and unnecessary portions were removed by lift-off to form upper wires 73 having a desired shape (FIG. 18A).

【0131】工程f 膜厚100nmのCr膜を真空蒸着により堆積・パター
ニングし、その上に有機Pd(ccp4230奥野製薬
(株)社製)をスピンナーにより回転塗布、300℃で
10分間の加熱焼成処理をした。また、このようにして
形成された主元素としてPdOよりなる微粒子からなる
導電性膜4の膜厚は10nm、シート抵抗値は5×10
4 Ω/□であった(図18(B))。
Step f A Cr film having a thickness of 100 nm is deposited and patterned by vacuum evaporation, and organic Pd (ccp4230 manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) is spin-coated thereon by a spinner and heated and baked at 300 ° C. for 10 minutes. Did. The conductive film 4 composed of fine particles of PdO as the main element formed as described above has a thickness of 10 nm and a sheet resistance of 5 × 10 5.
It was 4 Ω / □ (FIG. 18 (B)).

【0132】その後、Cr膜153及び焼成後の導電性
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。
Thereafter, the Cr film 153 and the baked conductive film 4 were etched with an acid etchant to form a desired pattern.

【0133】工程g コンタクトホール152部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、 真空蒸着により厚さ5nm
のTi、厚さ500nmのAuを順次堆積した。リフト
オフにより不要の部分を除去することにより、コンタク
トホール152を埋め込んだ(図18(C))。
Step g A pattern is formed such that a resist is applied to portions other than the contact hole 152, and the thickness is 5 nm by vacuum evaporation.
Of Ti and Au with a thickness of 500 nm were sequentially deposited. Unnecessary portions were removed by lift-off to bury the contact holes 152 (FIG. 18C).

【0134】以上の工程により、絶縁性基板71上に下
配線72、層間絶縁層151、上配線73、素子電極
2,3、導電性膜4等を形成した。
Through the above steps, the lower wiring 72, the interlayer insulating layer 151, the upper wiring 73, the device electrodes 2 and 3, the conductive film 4, and the like were formed on the insulating substrate 71.

【0135】次に、作製した電子源基板を図19に示す
構成のフォーミング用の真空チャンバー内に設置した。
真空チャンバー内には、シースヒータが内蔵された加熱
ステージ171があり、加熱ステージ上に保持された電
子源基板が保持した。電子源基板上の上配線の両端部で
は、コンタクトピンによって電気的接続が行われ、コン
タクトピンからケーブルと電流導入端子を介して真空チ
ャンバーの外部に取り出されている。
Next, the produced electron source substrate was placed in a forming vacuum chamber having the structure shown in FIG.
Inside the vacuum chamber, there was a heating stage 171 with a built-in sheath heater, and the electron source substrate held on the heating stage was held. At both ends of the upper wiring on the electron source substrate, electrical connection is made by contact pins, which are taken out of the vacuum chamber through the cables and the current introduction terminals from the contact pins.

【0136】下配線の端部では、インジウムシートが配
線上に圧着され共通にされている。インジウムシートか
らは、上配線の場合と同様にケーブルとシール部品を介
して真空チャンバーの外部に取り出されている。
At the end of the lower wiring, an indium sheet is pressed on the wiring to be common. From the indium sheet, it is taken out of the vacuum chamber via a cable and a sealing component as in the case of the upper wiring.

【0137】チャンバー内部を1×10-2Paまで排気
した後、窒素ガスを1SLMの流量でチャンバー内部に
流すと同時に、チャンバーから窒素ガスを排気してチャ
ンバー内の圧力を1330Paに保った。尚、チャンバ
ーへの窒素ガス導入は、マスフローコントローラによっ
て制御し、一方、チャンバーからの排気流量は、排気装
置と流量制御用のコンダクタンスバルブによって制御し
た。
After the inside of the chamber was evacuated to 1 × 10 -2 Pa, a nitrogen gas was flown into the chamber at a flow rate of 1 SLM, and simultaneously, the nitrogen gas was evacuated from the chamber to keep the pressure in the chamber at 1330 Pa. The introduction of nitrogen gas into the chamber was controlled by a mass flow controller, while the flow rate of exhaust gas from the chamber was controlled by an exhaust device and a conductance valve for controlling the flow rate.

【0138】次に、加熱ステージの温度を上昇させ、電
子源基板の温度を50℃に保持した。この時の、基板面
内での温度分布は、50℃に対して±5℃であった。
Next, the temperature of the heating stage was raised, and the temperature of the electron source substrate was kept at 50 ° C. At this time, the temperature distribution in the substrate surface was ± 5 ° C. with respect to 50 ° C.

【0139】チャンバー外部に設置された、電源から、
パルス幅100μsの矩形波をスクロール周波数60H
zで順次、上配線に印加した。電圧値は、10Vとし
た。また、共通化された下配線は、グランドに接地し
た。
From a power supply installed outside the chamber,
A rectangular wave with a pulse width of 100 μs is converted to a scroll frequency of 60H.
The voltage was sequentially applied to the upper wiring at z. The voltage value was 10 V. The common lower wiring was grounded to ground.

【0140】チャンバー内部に水素と窒素の混合ガス
(2%水素、98%窒素)を500sccm導入すると
同時に、既に導入している窒素ガスの流量を500sc
cmに減少させた。
A mixed gas of hydrogen and nitrogen (2% hydrogen, 98% nitrogen) was introduced into the chamber at 500 sccm, and at the same time, the flow rate of the already introduced nitrogen gas was 500 sccm.
cm.

【0141】10分間通電処理を行ったところ、導電性
膜を流れる電流値がほぼ0になり、電圧印加を中止して
フォーミングを完了させ、電子源基板上のすべての導電
性膜に電子放出部を作成した。この間の基板面内での温
度分布は、最も分布が生じた時点で、±8℃であった。
[0142] When the current was passed through the conductive film for 10 minutes, the value of the current flowing through the conductive film became almost 0, the application of the voltage was stopped, and the forming was completed. It was created. During this time, the temperature distribution in the substrate surface was ± 8 ° C. at the time when the distribution occurred most.

【0142】このように作製された電子放出部5は、パ
ラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置された状
態となり、その微粒子の平均粒径は3nmであった。
In the electron-emitting portion 5 thus manufactured, fine particles mainly composed of palladium were dispersed and arranged, and the fine particles had an average particle diameter of 3 nm.

【0143】次に、以上のようにしてフォーミングされ
た電子源基板を用いて表示装置を構成した例を、図20
及び図21を用いて説明する。
Next, an example in which a display device is constructed using the electron source substrate formed as described above is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0144】電子源基板71上で、接続部182に相当
する上配線73上に、この導電性フリットペーストをデ
ィスペンサで塗布し、スペーサ160の一方の端部をこ
の上に配置した状態で焼成を行い、電子源基板上にスペ
ーサを立てた。
On the electron source substrate 71, the conductive frit paste is applied on the upper wiring 73 corresponding to the connection portion 182 by using a dispenser, and firing is performed in a state where one end of the spacer 160 is disposed thereon. Then, a spacer was set up on the electron source substrate.

【0145】次に、スペーサ160の別の端部にディス
ペンサを用いて塗布した後、フェースプレート85側で
は黒色導電材(ブラックストライプ)に合わせて配置
し、フリットガラスが塗布されたと支持枠と共に、42
0℃で10分以上焼成することで図示した外囲器164
を作成した。図20において、74は電子放出素子、7
2,73はそれぞれX方向及びY方向の配線である。
Next, after the other end of the spacer 160 is applied by using a dispenser, the face plate 85 is arranged in accordance with a black conductive material (black stripe). 42
The envelope 164 shown in the figure is baked at 0 ° C. for 10 minutes or more.
It was created. 20, reference numeral 74 denotes an electron-emitting device;
Reference numerals 2 and 73 denote wirings in the X and Y directions, respectively.

【0146】図21は、X配線方向での外囲器の断面の
概略図である。スペーサ160と上配線及びフェースプ
レート86との固定には、表面にAuメッキを行ったソ
ーダライムガラス球をフィラーを含有した導電性フリッ
トペーストを用いた。
FIG. 21 is a schematic view of a cross section of the envelope in the X wiring direction. For fixing the spacer 160 to the upper wiring and the face plate 86, a conductive frit paste containing a filler of soda lime glass spheres whose surfaces were plated with Au was used.

【0147】このとき、ソーダライム球の平均粒径は約
8μmとした。また、フィラー表面の導電層形成は、無
電解メッキ法を用い、下地に約0.1μmのNi膜、そ
の上にAu膜を膜厚約0.04μm形成して作製した。
この導電性フィラーをフリットガラス粉末に対して30
重量%混合し、さらにバインダーを加えて導電性フリッ
トペーストを調整した。
At this time, the average particle size of the soda lime sphere was about 8 μm. The conductive layer on the surface of the filler was formed by using an electroless plating method by forming a Ni film of about 0.1 μm as a base and an Au film of about 0.04 μm thereon.
This conductive filler is added to the frit glass powder by 30
%, And a binder was added to prepare a conductive frit paste.

【0148】また、スペーサ160は、エッチング法で
幅0.6mm、長さ75mm、高さ4mmに加工したソ
ーダライムガラスを用い、スペーサ160上に酸化ニッ
ケル膜からなる半導電性膜162を設けた。
The spacer 160 is made of soda lime glass processed to have a width of 0.6 mm, a length of 75 mm, and a height of 4 mm by an etching method. A semiconductive film 162 made of a nickel oxide film is provided on the spacer 160. .

【0149】酸化ニッケル膜は、スパッタリング装置を
用いて酸化ニッケルをターゲットにし、アルゴン/酸素
混合雰囲気中でスパッタリングを行うことにより作製し
た。なお、スパッタリング時の基板温度は250℃で行
った。
The nickel oxide film was formed by using a sputtering apparatus and sputtering in an argon / oxygen mixed atmosphere using nickel oxide as a target. Note that the substrate temperature during sputtering was 250 ° C.

【0150】また、スペーサの配置は、1本の上配線上
に、2枚のスペーサを並べて配置し、さらに、10ライ
ン毎にスペーサを配置して、画素領域がスペーサ160
によって上配線方向で10分割されているように配置し
た。
The arrangement of the spacers is such that two spacers are arranged side by side on one upper wiring, and spacers are arranged every ten lines, so that
Are arranged so as to be divided into 10 in the upper wiring direction.

【0151】フェースプレート上の蛍光膜93は、黒色
導電材94と蛍光体92とで構成された、ブラックスト
ライプ配列のカラーの蛍光体95,96,97を用い
た。先にブラックストライプを形成し、その間隙部に各
色蛍光体を塗布し、蛍光膜93を作製した。ガラス基板
に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。
As the fluorescent film 93 on the face plate, color phosphors 95, 96, 97 having a black stripe arrangement and composed of a black conductive material 94 and a phosphor 92 were used. First, a black stripe was formed, and phosphors of each color were applied to the gaps, thereby forming a fluorescent film 93. A slurry method was used as a method of applying a phosphor on a glass substrate.

【0152】また、蛍光膜93の内面側にはメタルバッ
ク85を設けた。メタルバック85は、蛍光膜作製後、
蛍光膜の内面側表面の平滑化処理(通常、フィルミング
と呼ばれる)を行い、その後Alを真空蒸着することで
作製した。前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍
光体と電子放出素子とを対応させる必要があるため、十
分な位置合わせを行った。
A metal back 85 was provided on the inner surface of the fluorescent film 93. After the fluorescent film is formed, the metal back 85
The phosphor film was manufactured by performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the phosphor film, and then vacuum-depositing Al. At the time of performing the above-mentioned sealing, in the case of color, it is necessary to make each color phosphor correspond to the electron-emitting device, so that sufficient alignment was performed.

【0153】以上のようにして完成した外囲器164を
排気管(図示せず)を介し、磁気浮上型ターボモレキュ
ラーポンプで排気された真空装置と接続した。
The envelope 164 completed as described above was connected to a vacuum device evacuated by a magnetically levitated turbomolecular pump via an exhaust pipe (not shown).

【0154】その後、外囲器164内を1.3×10-4
Paまで排気し、外囲器を200℃で2時間加熱して室
温まで冷却した。
Thereafter, the inside of the envelope 164 is 1.3 × 10 −4.
The vessel was evacuated to Pa and the envelope was heated at 200 ° C. for 2 hours and cooled to room temperature.

【0155】次に、真空装置を経由して、外囲器164
内にベンゾニトリルを6.6×10 -4Paとなるように
導入した。
Next, the envelope 164 is passed through a vacuum device.
Benzonitrile in 6.6 × 10 -FourTo be Pa
Introduced.

【0156】容器外端子Dox1〜Doxm(m=300)を
共通にし、Doy1乃至Doyn(n=100)をスイッチン
グボックス(不図示)を介して、電源(不図示)に接続
した。
The external terminals Dox1 to Doxm (m = 300) were made common, and Doy1 to Doyn (n = 100) were connected to a power supply (not shown) via a switching box (not shown).

【0157】スイッチングボックスと電源を同期させ、
Doy1乃至Doyn(n=100)のラインの中で10ライ
ン間隔毎の10ラインを選択し、この10ラインに時分
割で電圧を印加し、対応する電子放出素子74の電極
2,3間に電圧を印加し活性化工程を行った。
Synchronize the switching box with the power supply,
From the lines Doy1 to Doyn (n = 100), 10 lines are selected at intervals of 10 lines, and a voltage is applied to these 10 lines in a time-division manner, and a voltage is applied between the electrodes 2 and 3 of the corresponding electron-emitting device 74. Was applied to perform an activation step.

【0158】活性化工程での電圧印加条件は、波高値は
±10V、パルス幅0.1m秒、パルス間隔50.1m
秒の両極の矩形波(図4(b))を用いた。その後、矩
形波の波高値は±10Vから±14Vまで3.3mV/
秒で徐々に電圧を増加させ、±14Vに達したときに電
圧印加を終了した。この工程を、10回繰り返し、すべ
ての素子を活性化した。
The voltage application conditions in the activation step are as follows: peak value ± 10 V, pulse width 0.1 ms, pulse interval 50.1 m
A rectangular wave (FIG. 4 (b)) having both polarities of seconds was used. Thereafter, the peak value of the square wave was 3.3 mV / ± 10 V to ± 14 V.
The voltage was gradually increased in seconds, and when the voltage reached ± 14 V, the voltage application was terminated. This process was repeated 10 times to activate all the devices.

【0159】その後、外囲器164内のベンゾニトリル
を排気した。最後に安定化工程として、約1.33×1
-4Paの圧力で、150℃10時間のベーキングを行
った後、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで
溶着し外囲器164の封止を行った。
Thereafter, the benzonitrile in the envelope 164 was evacuated. Finally, as a stabilization step, about 1.33 × 1
After baking at 150 ° C. for 10 hours at a pressure of 0 −4 Pa, the exhaust pipe (not shown) was welded by heating with a gas burner, and the envelope 164 was sealed.

【0160】以上のように完成した本発明の画像形成装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Dox1乃
至Doxm(m=300)とDoy1乃至Doyn(n=10
0)を通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生
手段よりそれぞれ、印加することにより、電子放出さ
せ、高圧端子 Hvを通じ、メタルバック9に6kV以
上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜84に
衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。
In the image forming apparatus of the present invention completed as described above, each electron-emitting device has external terminals Dox1 to Doxm (m = 300) and Doy1 to Doyn (n = 10).
0), a scanning signal and a modulation signal are applied from signal generation means (not shown) to emit electrons, and a high voltage of 6 kV or more is applied to the metal back 9 through the high voltage terminal Hv to accelerate the electron beam. The image was displayed by colliding with the fluorescent film 84 to excite and emit light.

【0161】その際のX方向配線とY方向配線のそれぞ
れからパルス電圧を印加し、画像形成装置内の各電子放
出素子の電子放出特性(If,Ie)のばらつきを測定
したところ、Ifで7%、Ieで8%であった。ここ
で、ばらつきは、各素子のIf,Ie値の平均値でその
分散値を割った値とした。
At this time, a pulse voltage was applied from each of the X-direction wiring and the Y-direction wiring, and the variation in the electron emission characteristics (If, Ie) of each electron-emitting device in the image forming apparatus was measured. % And Ie were 8%. Here, the variation is a value obtained by dividing the variance value by the average value of the If and Ie values of each element.

【0162】《比較例1》実施例1のフォーミングで、
不活性ガスの導入を行わず、全圧1×10-2Paの状態
で電子源基板の加熱を行なった。
<< Comparative Example 1 >> In the forming of Example 1,
The electron source substrate was heated at a total pressure of 1 × 10 −2 Pa without introducing an inert gas.

【0163】次に、チャンバーの排気流量が実施例1と
同様に設定した後に、窒素ガス500sccmと水素と
窒素の混合ガスを500sccmをチャンバーに導入し
た。全圧は1330Paであった。
Next, after the exhaust flow rate of the chamber was set in the same manner as in Example 1, 500 sccm of nitrogen gas and 500 sccm of a mixed gas of hydrogen and nitrogen were introduced into the chamber. The total pressure was 1330 Pa.

【0164】以下、実施例1と同様に行い、得られた画
像形成装置における各電子放出素子の電子放出特性(I
f,Ie)のばらつきを測定したところ、Ifで15
%、Ieで20%であった。
Thereafter, the same operation as in Example 1 was performed, and the electron emission characteristics (I) of each electron emission element in the obtained image forming apparatus were obtained.
f, Ie) were measured, the If was 15
% And Ie were 20%.

【0165】《実施例2》実施例1で、不活性ガスにヘ
リウム、還元、凝集性ガスに水素とヘリウムの混合ガス
(2%水素、98%ヘリウム)を用いた以外は同様に行
った。得られた画像形成装置における各電子放出素子の
電子放出特性(If,Ie)のばらつきを測定したとこ
ろ、Ifで6%、Ieで7%であった。
Example 2 Example 1 was repeated except that helium was used as the inert gas, and a mixed gas of hydrogen and helium (2% hydrogen, 98% helium) was used as the reducing and aggregating gas. When the variation of the electron emission characteristics (If, Ie) of each electron-emitting device in the obtained image forming apparatus was measured, it was 6% for If and 7% for Ie.

【0166】[0166]

【発明の効果】本発明によれば、大面積の基板上に多数
の電子放出素子を形成するに際して、各電子放出素子の
導電性膜に通電フォーミングを行なうときに、ほぼ全て
の電子放出素子にわたって均一な電子放出部を形成し、
各電子放出素子が均一な電子放出特性を有する電子源を
実現することが可能となる。
According to the present invention, when a large number of electron-emitting devices are formed on a large-area substrate, when the conductive film of each of the electron-emitting devices is subjected to energization forming, almost all of the electron-emitting devices are formed. Form a uniform electron emission part,
Each electron-emitting device can realize an electron source having uniform electron emission characteristics.

【0167】また、この電子源とこれから放出される電
子線により画像を形成する画像形成部材とを有する画像
形成装置を用いることで、均一な輝度特性を有する画像
形成装置が得られる。
Further, by using an image forming apparatus having this electron source and an image forming member for forming an image with an electron beam emitted from the electron source, an image forming apparatus having uniform luminance characteristics can be obtained.

【0168】なお、本実施形態及び本実施例では単純マ
トリックス配置の画像表示装置を示したが、電子放出素
子からの電子を蛍光体に衝突させる構成であれば、どの
ような装置でも良い。また、本発明の製造方法で得られ
る電子放出素子は、この他に、電子線(EB)描画装
置、記録装置に適用することが可能である。本発明の製
造方法によれば、これらの装置を簡単な工程で作製する
ことができる。
In this embodiment and this embodiment, the image display device having a simple matrix arrangement is shown. However, any device may be used as long as electrons from the electron-emitting devices collide with the phosphor. In addition, the electron-emitting device obtained by the manufacturing method of the present invention can be applied to an electron beam (EB) drawing apparatus and a recording apparatus. According to the manufacturing method of the present invention, these devices can be manufactured by simple steps.

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

【図1】本発明に係わる基本的な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。
FIG. 1 is a schematic plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of a basic electron-emitting device according to the present invention.

【図2】本発明に係わる電子放出素子の素子電極の製造
方法を示す工程図である。
FIG. 2 is a process chart showing a method for manufacturing a device electrode of an electron-emitting device according to the present invention.

【図3】本発明に係わる通電フォーミングの電圧波形の
一例を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an example of a voltage waveform of energization forming according to the present invention.

【図4】本発明に係わる活性化工程の電圧波形の一例を
示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of a voltage waveform in an activation step according to the present invention.

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

【図6】本発明に係わる電子放出素子についての放出電
流Ie、素子電流Ifと素子電圧Vfの関係の一例を示す
特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the emission current Ie, the device current If, and the device voltage Vf for the electron-emitting device according to the present invention.

【図7】本発明に係わる単純マトリクス配置した電子源
の一例を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of an electron source arranged in a simple matrix according to the present invention.

【図8】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を示
す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus of the present invention.

【図9】蛍光膜の一例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a fluorescent film.

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

【図11】本発明に係わる梯子配置の電子源の一例を示
す模式図である。
FIG. 11 is a schematic view showing an example of an electron source having a ladder arrangement according to the present invention.

【図12】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を
示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus of the present invention.

【図13】活性化工程を行うための真空排気装置の模式
図である。
FIG. 13 is a schematic view of a vacuum evacuation apparatus for performing an activation step.

【図14】通電フォーミング工程、活性化工程のための
結線方法を示す模式図である。
FIG. 14 is a schematic view showing a connection method for an energization forming step and an activation step.

【図15】実施例1,2及び比較例1の電子源の平面図
である。
FIG. 15 is a plan view of the electron sources of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

【図16】実施例1,2及び比較例1の電子源の断面図
である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the electron sources of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

【図17】実施例1,2及び比較例1の電子源の工程図
である。
FIG. 17 is a process chart of the electron sources of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

【図18】図17に引き続き、実施例1,2及び比較例
1の電子源の工程図である。
FIG. 18 is a process drawing of the electron source of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, following FIG. 17;

【図19】通電フォーミング工程を行うための真空排気
装置の模式図である。
FIG. 19 is a schematic diagram of a vacuum exhaust device for performing an energization forming step.

【図20】本発明に係わる画像形成装置の外囲器の断面
図である。
FIG. 20 is a sectional view of an envelope of the image forming apparatus according to the present invention.

【図21】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を
示す模式図である。
FIG. 21 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板 2,3:素子電極 4:導電性膜 5:電子
放出部 21:段差形成部 50,55:電流計 5
1,53:電源 54:アノード電極 56:真空装置
57:排気ポンプ 71:電子源基板 72:X方向
配線 73:Y方向配線 74:電子放出素子 75:
結線 81:リアプレート 82:支持枠83:ガラス
基板 84:蛍光膜 85:メタルバック 86:フェ
ースプレート 87:高圧端子 88:外囲器 91:
黒色導電材 92:蛍光体 93:ガラス基板 95:
蛍光体(R) 96:蛍光体(G) 97:蛍光体
(B)101:表示パネル 102:走査回路 10
3:制御回路, 104:シフトレジスタ 105:ライ
ンメモリ 106:同期信号分離回路 107:変調信
号発生器 Vx ,Va :直流電圧源 131:画像表示
装置 132:排気管 133:真空宇チャンバー 1
34:ゲートバルブ 135:排気装置 136:圧力
137:四重極質量分析器 138:ガス導入ライン
139:導入量制御手段 140:導入物質源 14
1:共通電極 142:電源 143:電流測定用抵抗
151:層間絶縁膜 152:コンタクトホール 1
60:スペーサ 161:半導電性膜 162,16
3:接続部 164:外囲器 171:加熱ステージ
172:Q−Mass 173:圧力計 174,17
5:コンタクトピン 181:真空チャンバー 18
2:ガス導入ライン 183,184:ガス導入制御装
置 185:コンダクタンス調整バルブ 186:排気
装置187,188:電流導入端子 189,190:
導電性金属線
1: substrate 2, 3: element electrode 4: conductive film 5: electron emitting portion 21: step forming portion 50, 55: ammeter 5
1, 53: Power supply 54: Anode electrode 56: Vacuum device 57: Exhaust pump 71: Electron source substrate 72: X direction wiring 73: Y direction wiring 74: Electron emitting element 75:
Connection 81: Rear plate 82: Support frame 83: Glass substrate 84: Fluorescent film 85: Metal back 86: Face plate 87: High voltage terminal 88: Envelope 91:
Black conductive material 92: Phosphor 93: Glass substrate 95:
Phosphor (R) 96: Phosphor (G) 97: Phosphor (B) 101: Display panel 102: Scanning circuit 10
3: Control circuit, 104: Shift register 105: Line memory 106: Synchronous signal separation circuit 107: Modulation signal generator Vx, Va: DC voltage source 131: Image display device 132: Exhaust pipe 133: Vacuum chamber 1
34: Gate valve 135: Exhaust device 136: Pressure 137: Quadrupole mass spectrometer 138: Gas introduction line 139: Introduced amount control means 140: Introduced material source 14
1: common electrode 142: power supply 143: current measuring resistor 151: interlayer insulating film 152: contact hole 1
60: spacer 161: semiconductive film 162, 16
3: connection part 164: envelope 171: heating stage
172: Q-Mass 173: Pressure gauge 174, 17
5: Contact pin 181: Vacuum chamber 18
2: Gas introduction line 183, 184: Gas introduction control device 185: Conductance adjustment valve 186: Exhaust device 187, 188: Current introduction terminal 189, 190:
Conductive metal wire

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、一対の電極間に導電性膜を有
する複数の電子放出素子が形成された電子源を製造する
に際して、前記導電性膜に電子放出部を形成するフォー
ミング処理を行なう電子源の製造方法において、 真空装置内に所定圧力となるように不活性ガスを導入す
る工程と、 前記基板を前記真空装置中で加熱する工程と、 前記電極間に電圧を印加して前記フォーミング処理を行
う工程と、 前記真空装置内の圧力を一定に保持した状態で前記不活
性ガスに還元性又は凝集性ガスを混合する工程とを有す
ることを特徴とする電子源の製造方法。
When manufacturing an electron source in which a plurality of electron-emitting devices having a conductive film between a pair of electrodes are formed on a substrate, a forming process for forming an electron-emitting portion in the conductive film is performed. In the method of manufacturing an electron source, a step of introducing an inert gas to a predetermined pressure in a vacuum device, a step of heating the substrate in the vacuum device, and a step of applying a voltage between the electrodes to form the substrate A method of manufacturing an electron source, comprising: performing a process; and mixing a reducing or aggregating gas with the inert gas while maintaining a constant pressure in the vacuum device.
【請求項2】 前記還元性ガスが水素であることを特徴
とする請求項1に記載の電子源の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the reducing gas is hydrogen.
【請求項3】 前記不活性ガスがヘリウム又は窒素であ
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子源の製
造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the inert gas is helium or nitrogen.
【請求項4】 前記真空装置内の圧力が1Torr以上
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に
記載の電子源の製造方法。
4. The method for manufacturing an electron source according to claim 1, wherein the pressure in the vacuum device is 1 Torr or more.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の製
造方法により電子源を作製するとともに、前記電子源か
ら放出される電子線により画像を形成する画像形成部材
を作製し、画像形成装置とすることを特徴とする画像形
成装置の製造方法。
5. An image forming member which forms an image by an electron beam emitted from the electron source while producing an electron source by the production method according to claim 1. A method for manufacturing an image forming apparatus, comprising: a forming apparatus.
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