JP3047331B2 - 電子放出素子、電子源、画像形成装置の製造方法 - Google Patents
電子放出素子、電子源、画像形成装置の製造方法Info
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Description
電子放出素子を複数配置してなる電子源、該電子源を用
いて構成された表示装置等の画像形成装置の製造方法に
関する発明である。
放出素子と冷陰極電子放出素子の2種類が知られてい
る。冷陰極電子放出素子には電界放出型(以下、「FE
型」と称す。)、金属/絶縁層/金属型(以下、「MI
M型」と称す。)や表面伝導型電子放出素子等が有る。
and W.W. Dolan,“Field Em
ission”, Advance in Elect
ron Physics, 8,89(1956)ある
いはC.A. Spindt, “Physical
Properties of thin−filmfi
eld emission cathodes wit
h molybdenum cones”, J. A
ppl. Phys. ,47,5248(1976)
等に開示されたものが知られている。
d, “Operation ofTunnel−Em
ission Devices”, J. Appl.
Phys., 32,646(1961)等に開示され
たものが知られている。
M.I. Elinson, Radio Eng.
Electron Phys., 10,1290(1
965)等に開示されたものがある。
に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流す
ことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。この表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例とし
ては、絶縁性基板上に設けた一対の素子電極間を連絡す
る電子放出部形成用導電性薄膜に、予めフォーミングと
呼ばれる通電処理とその後の活性化処理によって、電子
放出部を形成したものが挙げられる。
薄膜の両端に電圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜
を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高
抵抗な状態にした亀裂を形成する処理である。
雰囲気下において前記電子放出部形成用薄膜の両端に電
圧を印加通電し、前記亀裂近傍に炭素被膜を形成する処
理である。尚、電子放出は、その亀裂付近から行われ
る。
単純で製造も容易であることから、大面積に亙って多数
素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を
活かすための種々の応用が研究されている。例えば、荷
電ビーム源、表示装置等の画像形成装置への利用が挙げ
られる。
した例としては、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にて夫々結線した行を多数
行配列した電子源が挙げられる(例えば、本出願人の特
開平1−031332号公報)。
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
クライト等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。表面伝導型
電子放出素子を多数配置した電子源と、この電子源かよ
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は、大画
面の装置でも比較的容易に製造でき、かつ表示品位の優
れた自発光型表示装置である(例えば、本出願人のアメ
リカ特許第5066883号明細書)。
装置等に用いられる電子放出素子については、明るい表
示画像を安定して提供できるよう更に安定で制御された
電子放出特性及び電子放出の効率向上が要望されてい
る。
効率のより一層の向上がなされれば、例えば蛍光体を画
像形成部材とする画像形成装置においては、低電流で明
るい高品位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実
現される。また、低電流化に伴い、画像形成装置を構成
する駆動回路等も安価になるものと期待される。
子、かかる電子放出素子を用いた電子源及び画像形成装
置を製造するための方法を提供することを目的とする。
の経時変化の極めて少ない電子放出素子、かかる電子放
出素子を用いた電子源及び画像形成装置を製造するため
の方法を提供することを目的とする。
時的な低下の少ない電子放出素子、かかる電子放出素子
を用いた電子源及び画像形成装置を製造するための方法
を提供することを目的とする。
し得る画像形成装置を製造するための方法を提供するこ
とを目的とする。
部形成用導電性膜にフォーミングによって形成した亀裂
近傍に、活性化処理によってカーボン膜を形成した後
は、炭素・炭素化合物の堆積が不必要に進行しないよう
に、有機材料やそれらの分解物が除去されているのが望
ましい。このような状況を実現するために、例えば電子
放出素子を真空雰囲気下で加熱することが行われるが、
従来、この工程で上記カーボン膜の一部が除去されてし
まい、所望の電子放出量が得られない場合があった。
した結果、上記のカーボン膜の結晶性が極めて重要であ
ることが判明した。すなわち、上記カーボン膜がグラフ
ァイトなど結晶性の良いカーボンを多く含む場合には、
上記のような現象は起こらないが、水素を含むアモルフ
ァスカーボン等を多量に含む場合には、上記の現象が発
生し易いことが判明した。
程における雰囲気中での水の存在(水の分圧)が、得ら
れる電子放出素子の電子放出量や電子放出効率の低下や
駆動時の経時劣化に密接に相関していることが判明し
た。すなわち、活性化工程での雰囲気中に、有機物質の
他に水が多く存在すると、かかる水がカーボン膜の形成
を阻害したり、カーボン膜の結晶性を低下させることが
判明した。
記目的を達成する以下の本発明に至ったものである。
部を有する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法に
おいて、電極間に配置された導電性膜に間隙部を形成す
る工程と、極性又は極性基を有する芳香族化合物を有
し、該芳香族化合物の分圧に対する水の分圧の比が10
0以下である雰囲気下で、該電極間に電圧を印加する工
程とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法
にある。
圧の比は、より好ましくは10以下であり、さらに好ま
しくは0.1以下であり、特に好ましくは0.001以
下である。
有する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法におい
て、電極間に配置された導電性膜に間隙部を形成する工
程と、含水除去手段を介して導入された極性又は極性基
を有する芳香族化合物の雰囲気下で、該電極間に電圧を
印加する工程とを有することを特徴とする電子放出素子
の製造方法にある。
有する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法におい
て、 電極間に配置された導電性膜に間隙部を形成する
工程と、内在する水の除去処理を経た容器中で、極性又
は極性基を有する芳香族化合物の雰囲気下、該電極間に
電圧を印加する工程とを有することを特徴とする電子放
出素子の製造方法にある。
では、前記芳香族化合物として、シアノ基を有する芳香
族化合物、具体的にはベンゾニトリルあるいはp−トル
ニトリルなどを好ましく用いることができる。
素子が配置された電子源の製造方法において、この電子
放出素子が上記本発明の電子放出素子の製造方法によっ
て製造されることを特徴とする電子源の製造方法にあ
る。
出素子が配置された電子源と、該電子源からの電子の照
射により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形
成装置の製造方法において、この電子放出素子が上記本
発明の電子放出素子の製造方法によって製造されること
を特徴とする画像形成装置の製造方法にある。
を示す。
電子放出素子の基本的構成には大別して、平面型と垂直
型の2つがある。まず、平面型の電子放出素子について
説明する。
る平面型の電子放出素子の一構成例を示す模式図であ
り、図1(a)は平面図、図1(b)は縦断面図であ
る。図1において、1は基板、2と3は電極(素子電
極)、4は導電性膜、5はカーボン膜である。カーボン
膜5は、導電性膜4上及び導電性膜4の間隙Aの内側に
配置されており、同図が示す様に、導電性膜4の間隙A
よりも狭い間隙Bを形成している。
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、スパッタ
法等により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。
一般的な導体材料を用いることができ、例えばNi,C
r,Au,Mo,W,Pt,Ti,Al,Cu,Pd等
の金属或は合金及びPd,Ag,Au,RuO2 ,Pd
−Ag等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成され
る印刷導体、In2 O3 −SnO2 等の透明導電体及び
ポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択され
る。
膜4の形状等は、応用される形態等を考慮して設計され
る。素子電極間隔Lは、好ましくは、数百nmから数百
μmの範囲であり、より好ましくは、数μmから数十μ
mの範囲とすることができる。素子電極長さWは、電極
の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μmから数百μ
mの範囲とすることができる。素子電極2,3の膜厚d
は、数十nmから数μmの範囲とすることができる。
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。
Pt,Ru,Ag,Au,Ti,In,Cu,Cr,F
e,Zn,Sn,Ta,W,Pb等の金属、PdO,S
nO2 ,In2 O3 ,PbO,Sb2 O3 等の酸化物、
HfB2 ,ZrB2 ,LaB6 ,CeB6 ,YB4 ,G
dB4 等の硼化物、TiC,ZrC,HfC,TaC,
SiC,WC等の炭化物、TiN,ZrN,HfN等の
窒化物、Si,Ge等の半導体、カーボン等の中から適
宜選択される。
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、数
Å〜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 Ω/□〜107 Ω/□の値であるのが
好ましい。なお、Rsは、幅がwで長さがlの薄膜の長
さ方向に測定した抵抗Rを、R=Rs(l/w)と置い
たときの値である。
う言葉を用いるので、その意味について説明する。
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」より
もさらに小さく、原子の数が数百個程度以下のものを
「クラスター」と呼ぶことは広く行われている。
ではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変
化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微
粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに
沿ったものである。
粒子」(木下是雄 編、共立出版1986年9月1日発
行)では、「本稿で微粒子と言うときにはその直径がだ
いたい2〜3μm程度から10nm程度までとし、特に
超微粒子というときは粒径が10nm程度から2〜3n
m程度までを意味することにする。両者を一括して単に
微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
2個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」(195ページ 22〜26行目)と記述されて
いる。
微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径
の下限はさらに小さく、次のようなものであった。
ジェクト”(1981〜1986)では、粒子の大きさ
(径)がおよそ1〜100nmの範囲のものを“超微粒
子”(ultra fine particle)と呼
ぶことにした。すると1個の超微粒子はおよそ100〜
108 個くらいの原子の集合体という事になる。原子の
尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」(「超
微粒子−創造科学技術」林主税、上田良二、田崎明
編;三田出版 1988年 2ページ1〜4行目)/
「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個
〜数百個で構成される1個の粒子は、ふつうクラスター
と呼ばれる」(同書2ページ12〜13行目)。
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は数Å〜1nm程度、上限は数μm
程度のものを指すこととする。
物であり、その膜厚は、50nm以下の範囲とするのが
好ましく、30nm以下の範囲とするのがより好まし
い。
導型電子放出素子であり、素子電極2,3間に所定の電
圧を印加することで、間隙B近傍より電子を放出する。
する。
子放出素子の一構成例を示す模式図であり、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。21は段差形成部である。基板1、素子電
極2,3、導電性膜4及びカーボン膜5は、前述した平
面型の電子放出素子の場合と同様の材料で構成すること
ができる。段差形成部21は、真空蒸着法、印刷法、ス
パッタ法等で形成されたSiO2 等の絶縁性材料で構成
することができる。
型の電子放出素子の素子電極間隔Lに対応し、数百nm
から数十μmの範囲とすることができる。
部21作成後に、素子電極2,3の上に積層される。カ
ーボン膜5は、導電性膜4上及び導電性膜4の間隙Aの
内側に配置されており、同図が示す様に、導電性膜4の
間隙Aよりも狭い間隙Bを形成している。
伝導型電子放出素子であり、素子電極2,3間に所定の
電圧を印加することで、間隙B近傍より電子を放出す
る。
様々な方法があるが、その一例を図3に基づいて説明す
る。尚、図3においても図1に示した部位と同じ部位に
は図1に付した符号と同一の符号を付している。
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3(a))。
布して、有機金属膜を形成する。有機金属溶液には、前
述の導電性膜の材料の金属を主元素とする有機化合物の
溶液を用いることができる。この有機金属膜を加熱焼成
処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニング
し、導電性膜4を形成する(図3(b))。ここでは、
有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性膜4
の形成法はこれに限られるものではなく、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。
程の方法の一例として通電処理による方法を説明する。
所定の真空雰囲気下で素子電極2,3間に、不図示の電
源より通電すると、導電性膜4の部位に、間隙Aが形成
される(図3(c))。通電フォーミングによれば、導
電性膜4に局所的に亀裂が形成される。以上のような通
電フォーミングにより亀裂が形成された導電性膜4に、
素子電極2,3を介して電圧を印加すると電子放出が起
こる。通電フォーミングの電圧波形の例を図4に示す。
ス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電圧とし
たパルスを連続的に印加する図4(a)に示した手法
と、パルス波高値を増加させながらパルスを印加する図
4(b)に示した手法がある。
ついて説明する。図4(a)におけるT1 及びT2 は電
圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常T1 は1μ
sec.〜10msec.、T2 は10μsec.〜1
00msec.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、電子放出素子
の形態に応じて適宜選択される。このような条件のも
と、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス
波形は、三角波に限定されるものではなく、図4(c)
に示すような矩形波等の所望の波形を採用することがで
きる。
パルスを印加する場合について説明する。図4(b)に
おけるT1 及びT2 は、図4(a)に示したのと同様と
することができる。三角波の波高値(通電フォーミング
時のピーク電圧)は、例えば0.1Vステップ程度づ
つ、増加させることができる。
休止期間中に低い電圧を印加し、電流を測定して抵抗値
を検知し、決定することができる。例えば0.1V程度
の電圧印加により流れる素子電流を測定し、抵抗値を求
めて、1MΩ以上の抵抗を示した時、通電フォーミング
を終了させる。
理を施す。この活性化工程により、放出電流Ie が増加
する。
含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、素子
電極2,3間にパルス電圧の印加を繰り返すことで行う
ことができる。この雰囲気は、例えばイオンポンプなど
により一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガ
スを導入することによっても得られる。このときの好ま
しい有機物質のガス圧は、前述の素子の形態、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。
る有機物質から、炭素或は炭素化合物からなるカーボン
膜5が、導電性膜4上及び導電性膜4の間隙Aの内側に
堆積し(図3(d))、放出電流Ie が増加する。
や水素を含むアモルファスカーボンが多いカーボン膜の
場合、後述する安定化工程での加熱処理により、カーボ
ン膜の堆積量が減少し、それに伴い素子電流If ,放出
電流Ie が著しく減少することが判明した。
の印加によって有機物質を分解し、フォーミング工程で
導電性膜に形成された亀裂部にカーボン膜を形成する工
程である。
活性化工程における有機物質として、極性又は極性基を
有する芳香族化合物を採用する点にある。
比べ、化合物を構成する全原子に対する炭素原子の比率
が大きく、また、脂肪族化合物に比べて反応性が低く、
熱的安定性に優れる傾向がある。活性化工程は、有機物
質を電界印加や電子照射、加熱等によって分解、重合、
脱水素等の反応を経てカーボンを形成する工程と考えら
れている。芳香族化合物の前述のような特性は、カーボ
ン膜に残留する水素原子の割合が少なく、熱的には、副
反応が起こりにくいので、得られるカーボン膜の結晶構
造が安定することが期待できる。従って、芳香族化合物
を用いた活性化工程では、素子上に堆積するカーボン膜
の熱的、化学的安定性を向上させることができ、上記の
ような安定化工程での加熱処理によるカーボン膜の減少
を抑制し、素子電流If 、放出電流Ie の減少を抑える
ことができる。
強電界が生じ、亀裂部に吸着した有機物質は、この電界
の作用を受ける。
π電子を有するので、電圧印加時の分子内の分極が生じ
易く、分子間での配向も生じ易い。
化合物が極性を有する置換基を有する場合、置換基の電
子吸引性または電子供与性の作用によって増幅される。
置の結合が切断されたり、極性基のために反応する位置
が限定されたりする傾向がさらに強くなるために、その
後の重合、分解等の2次反応の均一性が良好で、生成さ
れるカーボン膜の結晶性が一層、良好になる。
いることを特徴としている。
トの値の大小で記述される。双極子モーメントの値が大
きい化合物ほど極性が大きい。また、極性のない化合物
の双極子モーメントの値はゼロである。
ては、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、エチル
ベンゼン、フェノール、安息香酸、フルオロベンゼン、
クロロベンゼン、ブロモベンゼン、スチレン、アニリ
ン、ベンゾニトリル、ニトロベンゼン、p−トルニトリ
ル、m−トルニトリル、o−トルニトリル、ピリジンな
どが挙げられる。
合物を用いることも特徴としている。
のどちらでもよい。芳香族化合物の置換基のこれらの特
性は、Hammett則のσ値で示される。すなわち、
このσ値が、正であれば電子吸引性の置換基であり、負
であれば、電子供与性の置換基である。また、σ値の絶
対値が大きいほど、電子供与性または吸引性の作用が大
きくなる。
エチル基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、シアノ
基、ニトロ基、アセチル基、アミド基、ビニル基などが
挙げられる。
を有する芳香族化合物として、シアノ基を有する芳香族
化合物を用いることができる。具体的には、ベンゾニト
リル、p−トルニトリルなどが挙げられる。
性を有する極性基であると同時に、活性化工程で芳香環
から脱離しても構造が単純なため、活性化工程での副反
応が起こりにくく、得られるカーボン膜の結晶性が良い
ものと推測される。
活性化工程における極性又は極性基を有する芳香族化合
物を含有する雰囲気下での、該芳香族化合物の分圧に対
する水の分圧の比が、100以下であり、好ましくは1
0以下、さらに好ましくは0.1以下、特に好ましくは
0.001以下である。例えば、活性化工程前に真空加
熱処理で水を除去する場合でも、それに要する時間も少
なく、また、実質上、使用可能な電子放出素子が得られ
る。
囲気中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合
物が素子上に堆積し、素子電流If、放出電流Ieが著し
く変化するようになるが、一般に、カーボン材料は、高
温下で水と反応して、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン
になることを考慮すれば、活性化工程に水が影響を与え
ることが推測される。
の分圧が大きくなると、有機物質からカーボン膜を形成
する反応が阻害され、一定の時間活性化を行っても十分
なカーボン膜が得られなかったり、結晶構造の乱れや水
素を含むアモルファスカーボンを多く含むカーボン膜が
堆積されるものと思われる。このような堆積物では、熱
的安定性、化学的安定性が低く、活性化工程後の安定化
工程での加熱処理や、素子の駆動に伴い、カーボン膜の
消失が起こり易く、その結果、得られる電子放出素子の
初期の電子放出量や電子放出効率(素子電流に対する放
出電流の割合で定義される)が低下したり、駆動時の経
時劣化が大きくなる。
での好ましい有機物質の分圧は、有機物質の種類あるい
は蒸気圧によって異なる。
り差があるものの、活性化工程雰囲気中の有機物質の分
圧が大きくなると、吸着量が大きくなり、形成されるカ
ーボン膜の堆積量も多くなったり、素子電流If にリー
ク電流が増えたり、電子放出効率が低下する。従って、
活性化工程である時間内に所望の素子電流が得られるこ
とを条件に、雰囲気中の有機物質の分圧をできるだけ小
さくして、吸着量を減らした状態で活性化工程を行うこ
とが好ましい。
さい有機物質の場合、蒸気圧も比較的大きいので、活性
化工程での分圧をあまり小さくすると、素子表面の吸着
量が減少し、有機物質からカーボン膜を形成する反応に
かなり時間を要したり、反応が実質上行われないことが
ある。
化合物を含む、比較的分子量も大きく、蒸気圧が小さい
有機物質を活性化工程で用いると、素子基板上への付着
性や分子同士の凝集性も大きくなる傾向があり、素子上
に吸着している分子が多くなる。ただし、あまり蒸気圧
の小さい有機物質を用いると、さらに付着性、凝集性が
顕著になるので、活性化工程での雰囲気を形成する際
に、真空チャンバーへのガス導入配管や、電子源基板が
内包された外囲器や排気管のガスのコンダクタンスが大
きく影響し、有機物質を導入することができなかった
り、導入/排気に時間がかかるようになる。
いる場合、雰囲気中の有機物質の分圧をできるだけ小さ
くして、吸着量を減らした状態で活性化工程を行うこと
が好ましい。
を導入する真空雰囲気のバックグランドの圧力(おおむ
ね1.3×10-5Pa〜1.3×10-3Pa程度)に近
くなり、その真空雰囲気中に水がある場合、その影響を
受けやすくなる。
族化合物である場合、分子量が大きい上に極性を有する
ことで、分子間の相互作用が大きいので、吸着性、凝集
性が強くなり、前述したとおり、雰囲気中の分圧を小さ
くして活性化することが好ましいと同時に、水の影響が
懸念される。
用いる有機物質の極性または極性基を有する芳香族化合
物とすることで、前述したような活性化工程における水
の影響を緩和させることを見出した。この現象は、以下
のように推測している。 (1)芳香族化合物は、前述したように熱的に比較的安
定であるので、活性化工程中の素子基板上で水が存在し
ていても、水との反応性(例えば加水分解や付加反応)
が低い。 (2)極性又は極性基を有する芳香族化合物の反応の過
程で、分極による分子の配向の作用により、反応の選択
性が水分子の反応が制約されている。 (3)活性化工程によって形成されたカーボン膜の反応
性が小さい。例えば、水素等の含有率が小さく、終端さ
れていない結合が少ない。 従って、有機物質として極性又は極性基を有する芳香族
化合物を用い、適正な小さい分圧で安定に活性化工程の
雰囲気を保持しつつ、前述したように雰囲気中での水分
圧を有機物質の分圧に対して制御することで、初期の電
子放出量や電子放出効率が大きく、その後の駆動時の経
時劣化が抑えられた高品位の電子放出素子を得ることが
できる。
極性基を有する芳香族化合物と水の分圧比は、四重極質
量分析装置を用いて測定することができる。また、水の
分圧比を小さくするために、活性化工程前の素子や有機
物質を導入する試料室(容器)や好ましくは更に有機物
質を導入するための配管、バルブなどの導入系までも真
空下で加熱して、吸着している水の量を減らすことが望
ましい。特に、後述する電子源基板を有する表示パネル
の場合、大きな面積のガラス基板から構成され、真空排
気のコンダクタンスが低いため、パネル内の水を除去す
ることが難しく、非常に高温で長時間真空下で加熱しな
ければならない。さらに上述の如きプロセス管理を行い
コンダクタンスを良くしたとしても所望の有機物質の分
圧に対して水の分圧を安定して低減するためには、導入
ガスに対して、水を選択的に吸着するフィルターを通過
させた後に使用したり、真空雰囲気中に該有機物質を導
入する際に水分子をイオン化して特定の方向に加速し、
独立に排気する工程を設けるなどが非常に有効である。
に用いられる装置の概要を模式的に示す。画像表示装置
101は、排気管31を介して真空チャンバー32に連
結され、さらにゲートバルブ33を介して排気装置34
に接続されている。真空チャンバー32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35、四重極質量分析器36等が取り付けられてい
る。画像表示装置101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
32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32には、さらに必要なガスを真空チャンバ
ー32内に導入して雰囲気を制御するため、ガス導入ラ
イン37が接続されている。該ガス導入ライン37の他
端には導入物質源39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37の途中には、導入物質を導入するレートを制
御するための導入量制御手段38と、ガス中から水を選
択的に吸着するフィルター42が設けられている。該導
入量制御手段38としては、具体的に、スローリークバ
ルブなどガス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。
は、例えばMgCl2 、CaCl2など反応により水を
吸着する材料が、そのまま、あるいは不活性な担持体上
にコーティングされたものが内包されたものを用いるこ
とができる。
8の手前にマスフィルター40を設け最適なイオン化条
件により、分子量18の水分子を集中的に排気装置41
により取り除くことができる。図6にマスフィルターの
代表的構造を示す。単分子型(図6(a))あるいは4
極子型(図6(b))の電極を精密に配置し、それぞれ
に下記のような時間的に変化する電圧を与えることによ
り一定軸のまわりに4極子型の2次元電場を作り、荷電
粒子(質量m、電荷q)をこの軸の近傍を軸に沿って運
動させることによって、m/qに応じて弁別する。各電
極に直流と交流とを重ね合わせた電圧を与えて上記の軸
のまわりの電場を時間的に変化させると、軸の近傍を軸
に沿って運動する荷電粒子の軌道は、m/qに応じて安
定または不安定となる。このときの粒子軌道はマシュー
方程式の解として表され、それぞれの荷電粒子(m、
q)に対する軌道の安定性の条件は直流電圧U、交流電
圧Vの値によって解析的に与えられる。したがって、
U、Vを一定のタイムスケジュールで精密に変化させる
ことにより、m/qの順に荷電粒子を弁別することがで
きる。代表的な電極形状としては精度良く4極子型電場
を広範囲に作るのに、(a)の単極子と(b)の4極子
がある。特定の加速によって弁別された水分子は排気装
置41のイオンポンプで排気され、ガス導入ライン37
前で水の分圧を低下させることができる。図5には、ア
ンプル及びボンベが示してあるが、もちろん上述し例を
挙げたような活性化工程に必要な物質、あるいはさらに
活性化ガス等に応じて、いずれかあるいは両方のガス導
入を適時行えばよい。また、水分子の除去方法としての
フィルター42とマスフィルター40は、単独又は併用
して用いることができる。
を排気すれば、前述のフォーミング工程を行うことがで
きる。
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。
に、電圧値を時間とともに上昇させていく手法や、固定
電圧で行う手法でも良い。
は、駆動と同様の方向(順方向)のみに印加(図7
(a))しても良いし、順方向、逆方向を交互に変化さ
せて印加(図7(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
と思われるので、好ましい。
例を示したが、正弦波、三角波、鋸波等任意の波形を用
いることができる。
放出電流Ie を測定しながら、適宜行うことができる。
工程を行うことが好ましい。この工程は、真空容器内の
有機物質の排気を行い、その雰囲気下で、電子放出素子
に電圧を印加する工程である。真空容器を排気する真空
排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影
響を与えないように、オイルを使用しないものを用いる
のが好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオ
ンポンプ等の真空排気装置を挙げることが出来る。真空
容器内の有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合
物がほぼ新たに堆積しない分圧で1.3×10-6Pa以
下が好ましく、さらには1.3×10-8Pa以下が特に
好ましい。さらに真空容器内を排気するときには、真空
容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に
吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好まし
い。このときの加熱条件は、80〜200℃好ましくは
150℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望まし
いが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大
きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適
宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低
くすることが必要で、1.3×10-5Pa以下が好まし
く、さらには1.3×10-6Pa以下が特に好ましい。
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を
採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の
堆積を抑制でき、結果として素子電流If ,放出電流I
e が、安定する。
を行わずに、単に活性化工程後、真空容器内の有機物質
の排気を行うのみで、その後、素子の駆動を行っても良
い。
ば、安定化工程を行った場合でも、素子電流If の低下
が小さく、その結果として放出電流Ie の低下も少ない
素子が得られ、その後の特性が維持される。
放出素子の基本特性について、図8〜図10を参照しな
がら説明する。
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、真空容器内には、図9の構成の測定評価
装置を備えている。図9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。
空容器55内には電子放出素子が配されている。また、
51は電子放出素子に素子電圧Vf を印加するための電
源、50は素子電極2,3間の導電性膜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5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、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は電子放出部より放出される放出
電流Ie を測定するための電流計である。一例として、
アノード電極54の電圧を1kV〜10kVの範囲と
し、アノード電極54と電子放出素子との距離Hを2〜
8mmの範囲として測定を行うことができる。
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。
ドライポンプからなる通常の高真空装置系を示したが、
更に、イオンポンプ等からなる超高真空装置系とにより
構成されていても良い。ここに示した電子放出素子基板
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。また、この真空装置の真空容器には、ガ
ス導入口から所望の種類のガスの導入が可能である。ガ
ス導入口から導入されたガスは、含まれる水分が水吸着
フィルターによって除去された後にニードルバルブを介
して真空容器中に導入される。従って、ガス種として有
機物質の導入ができる真空処理装置を用いると、前述の
通電フォーミング工程以降を行うことができる。
装置を用いて測定された放出電流Ie 及び素子電流If
と、素子電圧Vf との関係を模式的に示した図である。
図10においては、放出電流Ie が素子電流If に比べ
て著しく小さいので、任意単位で示している。尚、縦・
横軸ともリニアスケールである。
子放出素子は、放出電流Ie に関して次の3つの特徴的
性質を有する。
圧と呼ぶ;図10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、一方閾値電圧Vth以下
では放出電流Ie が殆ど検出されない。つまり、放出電
流Ie に対する明確な閾値電圧Vthを持った非線形素子
である。
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。
捕捉される放出電荷は、素子電圧Vf を印加する時間に
依存する。つまり、アノード電極54に捕捉される電荷
量は、素子電圧Vf を印加する時間により制御できる。
の製造方法によって得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。
圧Vf に対して単調増加する(MI特性)例を示した
が、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(VCNR特性)を示す場合もある(不図
示)。これらの特性は、前述の工程を制御することで制
御できる。
用例について以下に述べる。上述の電子放出素子の複数
個を基板上に配列し、電子源あるいは画像形成装置が構
成できる。
のが採用できる。一例として、並列に配置した多数の電
子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を
多数個配し(行方向と呼ぶ)、この配線と直交する方向
(列方向と呼ぶ)で、該電子放出素子の上方に配した制
御電極(グリッドとも呼ぶ)により、電子放出素子から
の電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これと
は別に、電子放出素子をX方向及びY方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極
の一方を、X方向の配線に共通に接続し、同じ列に配さ
れた複数の電子放出素子の電極の他方を、Y方向の配線
に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは
所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配
置について以下に詳述する。
出素子については、前述した通り3つの特性がある。即
ち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、閾値電
圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電
圧の波高値と幅で制御できる。一方、閾値電圧以下で
は、殆ど放出されない。この特性によれば、多数の電子
放出素子を配置した場合においても、個々の素子にパル
ス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝
導型電子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図11を用いて説明する。
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、電子放出素子74
は、前述した平面型あるいは垂直型のどちらであっても
よい。
…,Dxmからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等
を用いて形成された導電性金属等で構成することができ
る。配線の材料、膜厚、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73との間には、不
図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分
離している(m,nは、共に正の整数)。
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。
極(不図示)は、それぞれm本のX方向配線72とn本
のY方向配線73に、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。
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、また夫々異なってもよい。これらの材料は、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。
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、Y方
向配線73には、Y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。
いて個別の素子を選択し、独立に駆動することができ
る。
用いて構成した画像形成装置について、図12と図13
及び図14を用いて説明する。図12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13は、図
12の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図14は、NTSC方式のテレビ信号に応じて表示
を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。
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8
4とメタルバック85等が形成されたフェースプレート
である。82は支持枠であり、該支持枠82には、リア
プレート81、フェースプレート86がフリットガラス
等を用いて接続されている。88は外囲器であり、例え
ば大気中あるいは窒素中で、400〜500℃の温度範
囲で10分間以上焼成することで、封着して構成され
る。
である。72,73は、電子放出素子74の一対の素子
電極(不図示)と接続されたX方向配線及びY方向配線
である。
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を構成してもよい。一方、フェースプレート86とリ
アプレート81の間に、スぺーサーと呼ばれる不図示の
支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強
度をもつ外囲器88を構成することもできる。
光膜84は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成す
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(図13(a))あるい
はブラックマトリクス(図13(b))等と呼ばれる黒
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。黒色導
電材91の材料としては、通常用いられている黒鉛を主
成分とする材料の他、導電性があり、光の透過及び反射
が少ない材料を用いることができる。
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法等
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8
6側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
(通常、「フィルミング」と呼ばれる。)を行い、その
後Alを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。
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。
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。
下のようにして製造される。
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排
気管を通じて排気し、1.3×10-5Pa程度の真空度
の有機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成さ
れる。外囲器88の封止後の真空度を維持するために、
ゲッター処理を行うこともできる。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
の位置に配置されたゲッター(不図示)を加熱し、蒸着
膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ba等が主成
分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば1.3×
10-3乃至1.3×10-5Paの真空度を維持するもの
である。ここで、電子放出素子のフォーミング処理以降
の工程は適宜設定できる。
て構成した表示パネルに、NTSC方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図14を用いて説明する。図14において、
101は画像表示パネル、102は走査回路、103は
制御回路、104はシフトレジスタ、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 及びVa は直流電圧源である。
oxm 、端子Doy1 乃至Doyn 及び高圧端子87を介して
外部の電気回路と接続している。端子Dox1 乃至Doxm
には、表示パネル101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1行(n素子)づつ順次駆動する為の走査信号
が印加される。端子Doy1 乃至Doyn には、前記走査信
号により選択された1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為の変調信号が印加される。高圧
端子87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、蛍光体を励起するのに十分なエネ
ルギーを付与する為の加速電圧である。
は、内部にm個のスイッチング素子(図中、S1 乃至S
m で模式的に示している)を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧電源Vx の出力電圧もしくは
0[V](グランドレベル)のいずれか一方を選択し、
表示パネル101の端子Dox1 乃至Doxm と電気的に接
続される。各スイッチング素子S1 乃至Sm は、制御回
路103が出力する制御信号Tscanに基づいて動作する
ものであり、例えばFETのようなスイッチング素子を
組み合わせることにより構成することができる。
出素子の特性(電子放出閾値電圧)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閾値電圧
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。
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の
動作を整合させる機能を有する。制御回路103は、同
期信号分離回路106より送られる同期信号Tsyncに基
づいて、各部に対してTscan,Tsft 及びTmry の各制
御信号を発生する。
されるNTSC方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周波
数分離(フィルター)回路等を用いて構成できる。同期
信号分離回路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。このDATA信号は、シフトレジスタ104に
入力される。
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10
4のシフトクロックであると言い換えてもよい。)。シ
リアル/パラレル変換された画像1ライン分のデータ
(電子放出素子n素子分の駆動データに相当)は、Id1
乃至Idnのn個の並列信号として前記シフトレジスタ1
04より出力される。
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Idnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Id'1 乃至Id'n として出力され、変調信号発生器
107に入力される。
d'1 乃至Id'n 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為の信号源であり、その出力信号
は、端子Doy1 乃至Doyn を通じて表示パネル101内
の電子放出素子に印加される。
放出素子は放出電流Ie に関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閾値電圧Vthがあ
り、Vth以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生じ
る。電子放出閾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
子放出閾値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値電圧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 を変化させることにより、出力電子ビームの強度を制
御することが可能である。また、パルスの幅Pw を変化
させることにより、出力される電子ビームの電荷の総量
を制御することが可能である。
変調する方式としては、電圧変調方式とパルス幅変調方
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としては、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電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。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。
5は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。画像信号のシリアル/パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。
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、これには同期信号分離回路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等
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及び発振器の出力する
波数を計数する計数器(カウンタ)及び計数器の出力値
と前記メモリの出力値を比較する比較器(コンパレー
タ)を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較
器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素
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。
合、変調信号発生器107には、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の場
合には、例えば電圧制御型発振回路(VCO)を採用で
き、必要に応じて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。
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子D
ox1 乃至Doxm 、Doy1 乃至Doyn を介して電圧を印加
することにより、電子放出が生じる。高圧端子87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。
明の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N
TSC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方式等の他、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)方式をも採用できる。
形成装置について、図15及び図16を用いて説明す
る。
す模式図である。図15において、110は電子源基
板、111は電子放出素子である。112は、電子放出
素子111を接続するための共通配線Dx1〜Dx10 であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子111は、基板110上に、X方向に並列に複数
個配置されている(これを素子行と呼ぶ)。この素子行
が複数個配置されて、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、電子放出閾値以上の電圧を印加
し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子放
出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共
通配線Dx2〜Dx9は、例えばDx2とDx3、Dx4とDx5、
Dx6とDx7、Dx8とDx9とを夫々一体の同一配線とする
こともできる。
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。120はグリッド電極、121は電子が通過するた
めの開口、Dox1 乃至Doxm は容器外端子、G1 乃至G
n はグリッド電極120と接続された容器外端子であ
る。110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16においては、図12、図15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12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8
6の間にグリッド電極120を備えているか否かであ
る。
プレート86の間には、グリッド電極120が設けられ
ている。グリッド電極120は、電子放出素子111か
ら放出された電子ビームを変調するためのものであり、
梯子型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状
の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応し
て1個ずつ円形の開口121が設けられている。グリッ
ド電極の形状や配置位置は、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、グリッド電極を電子
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
容器外端子G1 乃至Gn は、不図示の制御回路と電気的
に接続されている。
つ順次駆動(走査)して行くのと同期してグリッド電極
列に画像1ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を1ラインずつ表示することができる。
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。
する。
ような構成を有する電子放出素子を、本発明の電子放出
素子の製造方法を用いて作製した例を示す。
17〜図20に従って工程順に説明する。なお、以下の
工程(a)〜工程(n)は、それぞれ図17〜図20の
(a)〜(n)に対応する。
および有機溶剤により十分に洗浄を行った後、レジスト
材(RD−2000N/日立化成社製)を2500rp
m、40秒でスピンナー塗布し、80℃、25分加熱し
てプリベークした。
極形状に対応するマスクを用いて密着露光し、RD−2
000N用現像液で現像した後、120℃、20分加熱
してポストベークした。。
機を用いてニッケルを毎秒0.3nmで膜厚が100n
mになるまで蒸着した。
コール、つづいて酢酸ブチルで洗浄後、乾燥し、素子電
極2,3を形成した。
rpm、30秒スピンナー塗布し、90℃、30分加熱
しプリベークした。
て露光した。
熱しポストベークした。
7g/5cc/100ccの組成の溶液に30秒浸漬
し、クロムをエッチングした。
た。
30秒スピンナー塗布し300℃、10分間焼成し、酸
化パラジウム(PdO)微粒子(平均粒径:7nm)を
主体とする微粒子状の導電性膜4を形成した。
を素子電極2と3のほぼ中央部に配置した。この導電性
膜4の膜厚は10nm、抵抗値はRs =5×104 Ω/
□であった。
設置し、真空ポンプにて排気し、2.6×10-5Paの
真空度に達した後、素子電圧Vf を印加するための電源
51より、素子電極2,3間にそれぞれ、電圧を印加
し、通電処理(フォーミング処理)した。本実施例で
は、図4(b)に示したような電圧波形(但し、三角波
ではなく矩形波)を印加し、パルス幅T1 を1mse
c.、パルス間隔T2 10msec.とし、矩形波の波
高値(フォーミング時のピーク電圧)は0.1Vステッ
プで昇圧し、フォーミング処理を行なった。また、フォ
ーミング処理中は、同時に、0.1Vの電圧で、T2 間
に抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォ
ーミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が約
1MΩ以上になった時とし、同時に、素子への電圧の印
加を終了した。このフォーミング処理により、導電性膜
4に亀裂Aが形成された。
ころ、フォーミング終了時のパルス電圧VFは、いずれ
の素子についても約5.0Vであった。
の真空容器55内に室温下でトルエン(双極子モーメン
ト0.36Debye)を約1.3×10-4Pa導入し
た。トルエンの導入は、トルエンが保持されたアンプル
(不図示)を、図9の真空容器55に図8に示すように
設けられたガス導入口に接続し、アンプルから気化した
トルエンガスは、水吸着フィルターでガス中の水分が除
去された後に、ニードルバルブの開度を調整して、真空
容器内に流れるガスの流量を制御した。トルエンが導入
された真空容器内の雰囲気を真空容器に接続された四重
極質量分析器で、水の分圧を測定したところ、2.3×
10-4Paであった。次に、素子電極間に電圧を印加し
て活性化を行なった。活性化の電圧波形は、波高値は±
10V、パルス幅100μsec.、パルス間隔5ms
ec.の両極の矩形波(順方向、逆方向等しく印加)を
用いた。その後、矩形波の波高値は±10Vから±14
Vまで3.3mV/sec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。このときの
素子電流値は8mAであった。最後にトルエンを排気し
た。
膜4上及び導電性膜4の亀裂Aの内側にカーボン膜5が
形成されていた。
間加熱し、真空容器55内の真空度を1.3×10-6P
aとした。
引き続き図9に示した構成の装置を用いて測定した。
環境下で、アノード電極54の電圧は1kV、アノード
電極54と電子放出素子との距離Hは4mmで測定し
た。駆動は、印加電圧が+13.5V、パルス幅0.1
msec.、60Hzの矩形波を用いた。
5mA、放出電流Ie0は5.5μA、電子放出効率ηは
0.10%となった。
f は3.5mA、放出電流Ie は3.5μA、電子放出
効率ηは0.10%となり、素子電流及び放出電流の残
存率δf ,δe は、それぞれ64%と64%であった。
f ,δe は、 δf =If /If0×100(%) δe =Ie /Ie0×100(%) と定義した。
まで行った素子に、以下の工程(n)を施した。
e)を約1.3×10-4Pa導入した。本工程(n)に
おけるピリジンの導入は、実施例1と同様にして、水吸
着フィルターを通すことでピリジンガス中の水分を除去
した後、行われた。ピリジンガスが導入された真空容器
内の水分圧は3.0×10-4Paであった。次に、素子
電極間に電圧を印加して活性化を行なった。尚、電圧印
加条件は実施例1と同様である。活性化工程で到達した
素子電流値は7.5mAであった。また、導電性膜4上
及び導電性膜4の亀裂Aの内側にはカーボン膜5が形成
されていた。
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。
0mA、放出電流Ie0は7.5μA、電子放出効率ηは
0.125%となった。
f は3.8mA、放出電流Ie は4.5μA、電子放出
効率ηは0.12%となり、素子電流及び放出電流の残
存率δf ,δe は、それぞれ63%と60%であった。
まで行った素子に、以下の工程(n)を施した。
bye)を約1.3×10-4Pa導入した。本工程
(n)におけるベンゾニトリルの導入も、実施例1と同
様にして、水吸着フィルターを通すことでベンゾニトリ
ルガス中の水分を除去した後、行われた。ベンゾニトリ
ルが導入された真空容器内の水分圧は2.1×10-4P
aであった。次に、素子電極間に電圧を印加して活性化
を行なった。尚、電圧印加条件は実施例1と同様であ
る。活性化工程で到達した素子電流値は7.3mAであ
った。本実施例においても、導電性膜4上及び導電性膜
4の亀裂Aの内側にはカーボン膜5が形成されていた。
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。
5mA、放出電流Ie0は8.5μA、電子放出効率ηは
0.131%となった。
f は4.6mA、放出電流Ie は5.7μA、電子放出
効率ηは0.12%となり、素子電流及び放出電流の残
存率δf ,δe は、それぞれ71%と67%であった。
まで行った素子に、以下の工程(n)を施した。
e)を約1.3×10-2Pa導入した。本工程(n)に
おけるn−ヘキサンの導入も、実施例1と同様にして、
水吸着フィルターを通すことでn−ヘキサンガス中の水
分を除去した後、行われた。n−ヘキサンが導入された
真空容器内の水分圧は1.0×10-3Paであった。次
に、素子電極間に電圧を印加して活性化を行なった。
尚、電圧印加条件は実施例1と同様である。活性化工程
で到達した素子電流値は8mAであった。本実施例にお
いても、導電性膜4上及び導電性膜4の亀裂Aの内側に
はカーボン膜5が形成されていた。
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。
A、放出電流Ie0は1.5μA、電子放出効率ηは0.
075%となった。
f は0.6mA、放出電流Ie は0.5μA、電子放出
効率ηは0.08%となり、素子電流及び放出電流の残
存率δf ,δe は、それぞれ30%と33%であった。
まで行った素子に、以下の工程(n)を施した。
約1.3×10-3Pa導入した。本工程(n)における
ベンゼンの導入も、実施例1と同様にして、水吸着フィ
ルターを通すことでベンゼンガス中の水分を除去した
後、行われた。ベンゼンが導入された真空容器内の水分
圧は5.0×10-4Paであった。次に、素子電極間に
電圧を印加して活性化を行なった。尚、電圧印加条件は
実施例1と同様である。活性化工程で到達した素子電流
値は7.3mAであった。本実施例においても、導電性
膜4上及び導電性膜4の亀裂Aの内側にはカーボン膜5
が形成されていた。
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。
5mA、放出電流Ie0は3.1μA、電子放出効率ηは
0.069%となった。
f は2.0mA、放出電流Ie は1.2μA、電子放出
効率ηは0.06%となり、素子電流及び放出電流の残
存率δf ,δe は、それぞれ44%と39%であった。
より、極性又は極性基を有する芳香族化合物を含有する
雰囲気下で活性化工程を行うことにより、その後に安定
化工程を行っても、電子放出量が大きく、且つ経時劣化
の少ない電子放出素子を得ることができた。
たような構成を有する梯子型電子源を用いて、図16に
示したような構成を有する画像表示装置を作製した例を
示す。
電極間に導電性膜を備えた素子の複数が、一対の配線電
極112間に接続された素子列を複数列、電子源基板1
10上に作製した。次にこの電子源基板110をリアプ
レート81上に固定した後、電子源基板110の上方
に、電子通過孔121を有するグリッド電極120を配
線電極112と直交する方向に配置した。更に電子源基
板110の5mm上方に、フェースプレート86(ガラ
ス基板83の内面に蛍光膜84とメタルバック85が形
成されて構成される/図12参照)を支持枠82を介し
配置し、フェースプレート86、支持枠82、リアプレ
ート81の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で
410℃で10分以上焼成することで封着した。またリ
アプレート81への電子源基板110の固定もフリット
ガラスで行った。
2とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの
蛍光膜を用いた(図13(a))。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84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。
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。
蛍光体と前記の各素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。
囲器)を図26に示す真空排気装置を用いて、フォーミ
ング以降の工程を行った。
るために、1本の排気管を介して、真空チャンバーと外
囲器を接続した。次に、真空チャンバーに接続された磁
気浮上ターボポンプで構成された排気装置によって外囲
器内部を排気した。
ox1 ないしDoxm を通じ素子電極間に電圧を印加し、前
述のフォーミングを行い、前述した素子電極間の導電性
膜の各々に亀裂を形成することで、該導電性膜の各々に
電子放出部を形成した。
3.9Debye)を内部に有するアンプルから気化し
たガスを水吸着フィルターとニードルバルブを介して、
真空チャンバー及びガラス容器(外囲器)内に導入し
た。この時のベンゾニトリルの圧力は、約1.3×10
-3Paであり、真空チャンバーに接続された四重極質量
分析器(Q−Mass)でチャンバー内の水分圧を測定
したところ、5.0×10-3Paであった。
じ素子電極間に電圧を印加して活性化工程を行った。活
性化工程での電圧印加条件は、実施例1と同様に行っ
た。その後、ベンゾニトリルを排気した。この活性化処
理によって、前記各導電性膜には、導電性膜上及び導電
性膜の亀裂の内側にカーボン膜が形成されていた。
-4Paの真空度で、150℃、10時間のベーキングを
行った後、実施例1と同様の電圧印加(順方向の電圧印
加)を行い、排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器の封止を行った。
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Dox1
ないしDoxm を通じ、電圧(順方向)を印加することに
より電子放出させ、放出された電子はグリッド電極12
0の電子通過孔121を通過した後、高圧端子87を通
じ、メタルバック、あるいは透明電極(不図示)に印加
された数kV以上の高圧により加速され、蛍光膜84に
衝突し、励起・発光させる。その際、グリッド電極12
0に情報信号に応じた電圧を容器外端子G1 ないしGn
を通じ印加することにより、電子通過孔121を通過す
る電子ビームを制御し画像表示するものである。
図示)を介し、電子源基板110の10μm上方に50
μm径の電子通過孔121を有するグリッド電極120
を配置することで、加速電圧として6kV印加したと
き、電子ビームのオンとオフは50V以内の変調電圧で
制御できた。
得られ、数時間表示させても、変化しなかった。
たような構成を有する単純マトリクス配置の電子源を用
いて、図12に示したような構成を有する画像表示装置
を作製した例を示す。
の複数がマトリクス配線された本実施例の電子源基板の
一部の平面図を図21に示す。また、図21中のA−
A’断面図を図22に示す。尚、図11、図12、図2
1、図22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11のDxmに対応する
X方向配線(下配線とも呼ぶ)、73は図11のDynに
対応するY方向配線(上配線とも呼ぶ)、4は電子放出
部を含む導電性膜、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との電気的接続
のためのコンタクトホールである。
図24により工程順に従って具体的に説明する。なお、
以下の工程(a)〜工程(h)は、それぞれ図23及び
図24の(a)〜(h)に対応する。
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50ÅのCr、厚さ6000ÅのAuを順次積
層した後、ホトレジスト(AZ1370/ヘキスト社
製)をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホト
マスク像を露光、現像して、下配線72のレジストパタ
ーンを形成し、Au/Cr堆積膜をウエットエッチング
して、所望の形状の下配線72を形成した。
縁層151をRFスパッタ法により堆積した。
ル152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を形成した。エッチングは
CF4 とH2 ガスを用いたRIE(Reactive
Ion Etching)法によった。
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50Å
のTi、厚さ1000ÅのNiを順次堆積した。ホトレ
ジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ni/Ti堆積膜
をリフトオフした。このようにして、素子電極間隔Lが
3μm、素子電極の幅Wが300μmの素子電極2,3
を形成した。
形成した後、厚さ50ÅのTi、厚さ5000ÅのAu
を順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不要の
部分を除去して、所望の形状の上配線73を形成した。
パターニングし、その上に有機Pd(ccp4230/
奥野製薬(株)製)をスピンナーにより回転塗布、30
0℃で10分間の加熱焼成処理をした。
トオフにより所望のパターンを有する導電性膜4を形成
した。
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ50Åの
Ti、厚さ5000Å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。
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。
電性膜4がマトリクス配線された電子源基板71を用い
て画像表示装置を作製した。作製手順を例を図12と図
13を用いて説明する。
配線された電子源基板71をリアプレート81上に固定
した後、基板71の5mm上方に、フェースプレート8
6(ガラス基板83の内面に蛍光膜84とメタルバック
85が形成されて構成される)を支持枠82を介し配置
し、フェースプレート86、支持枠82、リアプレート
81の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で41
0℃で10分以上焼成することで封着し、外囲器88を
作製した(図12)。なお、リアプレート81への基板
71の固定もフリットガラスで行った。
2とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの
蛍光膜(図13(a))とし、先にブラックストライプ
を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体を
塗布して蛍光膜84を作製した。
ク85を設けた。メタルバック85は、蛍光膜84を作
製した後、蛍光膜84の内面側表面の平滑化処理を行
い、その後Alを真空蒸着することで作製した。
蛍光体と前記各素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。
排気を、図26に示す真空排気装置を用いて、実施例4
と同様に行い、約1.3×10-4Paまで排気した。そ
の後、容器外端子Dox1 ないしDoxm とDoy1 ないしD
oyn を通じ前述のマトリクス配線された複数の素子74
の素子電極2,3間に電圧を印加し、導電性膜4を通電
処理(フォーミング処理)することにより、前述した素
子電極間の導電性膜4の各々に亀裂を形成することで、
該導電性膜4の各々に電子放出部5を作成した。
配線73を共通電極251に接続し、X方向配線72の
うち1つに接続された電源252によって、同時に複数
の素子に実施例1と同様の電圧パルスを印加してフォー
ミングを行った。また、複数のX方向配線に、位相をず
らせたパルスを順次印加(スクロール)することによ
り、複数のX方向配線に接続された素子を纏めてフォー
ミングすることもできる。尚、図25中、253は電流
測定用抵抗、254は電流測定用のオシロスコープを示
す。
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30Åであった。
極子モーメント3.9Debye)を約1.3×10-3
Pa導入した。かかるベンゾニトリルの導入も、図26
に示す真空排気装置を用いて、実施例4と同様に行っ
た。尚、真空チャンバーに接続された四重極質量分析器
(Q−Mass)でチャンバー内の水分圧を測定したと
ころ、5.0×10-3Paであった。次に、容器外端子
Dox1 ないしDoxm とDoy1 ないしDoyn を通じ素子7
4の素子電極2,3間に電圧を印加し活性化工程を行っ
た。活性化工程での電圧印加条件は、実施例1と同様に
行った。その後、ベンゾニトリルを排気した。この活性
化処理により、前記各導電性膜には、導電性膜上及び導
電性膜の亀裂の内側にカーボン膜が形成されていた。
Paの真空度で、150℃、10時間のベーキングを行
った後、実施例1と同様の電圧印加(順方向の電圧印
加)を行い、排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器88の封止を行った。
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Dox1
ないしDoxm とDoy1 ないしDoyn を通じ、走査信号及
び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加
することにより、電子放出させ、高圧端子87を通じ、
メタルバック85に数kV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。
トが得られ、数時間表示させても、変化しなかった。
まで行った素子に、以下の工程(n)を施した。
ルターを通して約1.3×10-4Pa導入した。本工程
(n)におけるベンゾニトリルの導入は、水吸着フィル
ターに代えてマスフィルターを用いたこと以外は、実施
例1と同様に行われた。ベンゾニトリルが導入された真
空容器内の水分圧は、四重極質量分析装置で測定を行っ
たところ、1.3×10-5Paで、ベンゾニトリルに対
する水の分圧比は、0.1倍であった。次に、素子電極
間に電圧を印加して活性化を行なった。
パルス幅100μsec.、パルス間隔5msec.の
両極の矩形波(順方向、逆方向等しく印加)を用いた。
その後、矩形波の波高値は±10Vから±14Vまで
3.3mV/sec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。このときの素子電
流値は8mAであった。最後にベンゾニトリルを排気し
た。
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。
5mA、放出電流Ie0は6.5μA、電子放出効率ηは
0.118%となった。
f は3.9mA、放出電流Ie は4.2μA、電子放出
効率ηは0.108%となり、素子電流及び放出電流の
残存率δf ,δe は、それぞれ71%と65%であっ
た。
に、真空排気しながら、図9の測定評価装置の真空容器
55および図8に示される該真空容器への活性化ガスの
導入経路を100℃で5時間加熱した。かかる真空排気
後、室温に冷却されたときの真空度は、2.6×10-6
Paであった。以後、実施例6と同様に、ベンゾニトリ
ルを導入して活性化工程を行った。四重極質量分析装置
で、活性化工程での雰囲気測定を行ったところ、ベンゾ
ニトリルに対する水の分圧比は、0.05倍であった。
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。
A、放出電流Ie0は7.5μA、電子放出効率ηは0.
15%となった。
f は4.4mA、放出電流Ie は6.0μA、電子放出
効率ηは0.15%となり、素子電流及び放出電流の残
存率δf ,δe は、それぞれ76%と69%であった。
まで行った素子に、以下の工程(n)を施した。
た。本工程(n)におけるベンゾニトリルの導入は、水
吸着フィルターに代えて二段階のマスフィルターを用い
たこと以外は、実施例1と同様に行われた。ベンゾニト
リルが導入された真空容器内の水の分圧は、四重極質量
分析装置で測定を行ったところ、ベンゾニトリルに対す
る水の分圧比は0.001倍であった。次に、素子電極
間に電圧を印加して活性化を行った。尚、電圧印加条件
は実施例6と同様である。
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。
9mA、放出電流Ie0は7.8μA、電子放出効率ηは
0.13%となった。
f は4.3mA、放出電流Ie は6.0μA、電子放出
効率ηは0.14%となり、素子電流及び放出電流の残
存率δf ,δe は、それぞれ73%と77%であった。
の有機物質の分圧に対する水の分圧の比を100倍以下
に設定することにより、その後の安定化工程を行って
も、電子放出量が大きく、且つ経時劣化の少ない電子放
出素子を得ることができた。
たような構成を有する梯子型電子源を用いて、図16に
示したような構成を有する画像表示装置を作製した例を
示す。
電極間に導電性膜を備えた素子の複数が、一対の配線電
極112間に接続された素子列を複数列、電子源基板1
10上に作製した。次にこの電子源基板110をリアプ
レート81上に固定した後、電子源基板110の上方
に、電子通過孔121を有するグリッド電極120を配
線電極112と直交する方向に配置した。更に電子源基
板110の5mm上方に、フェースプレート86(ガラ
ス基板83の内面に蛍光膜84とメタルバック85が形
成されて構成される/図12参照)を支持枠82を介し
配置し、フェースプレート86、支持枠82、リアプレ
ート81の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で
410℃で10分以上焼成することで封着した。またリ
アプレート81への電子源基板110の固定もフリット
ガラスで行った。
2とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの
蛍光膜を用いた(図13(a))。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84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。
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を行い、その後Alを
真空蒸着することで作製した。
蛍光体と前記の各素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。
囲器)を図5に示す真空排気装置を用いて、フォーミン
グ以降の工程を行った。
するために、1本の排気管31を介して、真空チャンバ
ー32と外囲器88を接続した。次に、真空チャンバー
32に接続された磁気浮上ターボポンプで構成された排
気装置34によって外囲器88内部を排気した。
ox1 ないしDoxm を通じ素子電極間に電圧を印加し、前
述のフォーミングを行い、前述した素子電極間の導電性
膜の各々に亀裂を形成することで、該導電性膜の各々に
電子放出部を形成した。
3.9Debye)を内部に有するアンプルから気化し
たガスをマスフィルター42とニードルバルブ38を介
して、真空チャンバー32及び外囲器88内に導入し
た。なお、真空チャンバー32に接続された四重極質量
分析器36で、チャンバー32内の雰囲気測定を行った
ところ、ベンゾニトリルに対する水の分圧比は、0.0
17であった。次に、容器外端子Dox1 ないしDoxm を
通じ素子電極間に電圧を印加して活性化工程を行った。
と同様に行った。その後、ベンゾニトリルを排気した。
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。
-4Paの真空度で、150℃、10時間のベーキングを
行った後、実施例1と同様の電圧印加(順方向の電圧印
加)を行い、排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器の封止を行った。
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Dox1
ないしDoxm を通じ、電圧(順方向)を印加することに
より電子放出させ、放出された電子はグリッド電極12
0の電子通過孔121を通過した後、高圧端子87を通
じ、メタルバック、あるいは透明電極(不図示)に印加
された数kV以上の高圧により加速され、蛍光膜84に
衝突し、励起・発光させる。その際、グリッド電極12
0に情報信号に応じた電圧を容器外端子G1 ないしGn
を通じ印加することにより、電子通過孔121を通過す
る電子ビームを制御し画像表示するものである。
図示)を介し、電子源基板110の10μm上方に50
μm径の電子通過孔121を有するグリッド電極120
を配置することで、加速電圧として6kV印加したと
き、電子ビームのオンとオフは50V以内の変調電圧で
制御できた。
得られ、数時間表示させても、変化しなかった。
したような構成を有する単純マトリクス配置の電子源を
用いて、図12に示したような構成を有する画像表示装
置を作製した例を示す。
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。
電性膜4がマトリクス配線された電子源基板71を用い
て画像表示装置を作製した。作製手順を例を図12と図
13を用いて説明する。
配線された電子源基板71をリアプレート81上に固定
した後、基板71の5mm上方に、フェースプレート8
6(ガラス基板83の内面に蛍光膜84とメタルバック
85が形成されて構成される)を支持枠82を介し配置
し、フェースプレート86、支持枠82、リアプレート
81の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で41
0℃で10分以上焼成することで封着し、外囲器88を
作製した(図12)。なお、リアプレート81への基板
71の固定もフリットガラスで行った。
2とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの
蛍光膜(図13(a))とし、先にブラックストライプ
を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体を
塗布して蛍光膜84を作製した。
ク85を設けた。メタルバック85は、蛍光膜84を作
製した後、蛍光膜84の内面側表面の平滑化処理を行
い、その後Alを真空蒸着することで作製した。
蛍光体と前記各素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。
排気を図5に示す真空排気装置を用いて、実施例9と同
様に行い、約1.3×10-4Paまで排気した。その
後、容器外端子Dox1 ないしDoxm とDoy1 ないしD
oyn を通じ前述のマトリクス配線された複数の素子74
の素子電極2,3間に電圧を印加し、実施例5と同様に
して導電性膜4を通電処理(フォーミング処理)するこ
とにより、前述した素子電極間の導電性膜4の各々に亀
裂を形成することで、該導電性膜4の各々に電子放出部
5を作成した。
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30Åであった。
1.3×10-3Pa導入した。かかるベンゾニトリルの
導入も、図5に示す真空排気装置を用いて、実施例9と
同様に行った。尚、真空チャンバーに接続された四重極
質量分析器でチャンバー内の水分圧を測定した結果、ベ
ンゾニトリルに対する水の分圧比は、0.033であっ
た。次に、容器外端子Dox1 ないしDoxm とDoy1 ない
しDoyn を通じ電子放出素子74の素子電極2,3間に
電圧を印加し活性化工程を行った。
と同様に行った。その後、ベンゾニトリルを排気した。
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。
-4Paの真空度で、150℃、10時間のベーキングを
行った後、実施例1と同様の電圧印加(順方向の電圧印
加)を行い、排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器88の封止を行った。
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Dox1
ないしDoxm とDoy1 ないしDoyn を通じ、走査信号及
び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加
することにより、電子放出させ、高圧端子87を通じ、
メタルバック85に数kV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。
トが得られ、数時間表示させても、変化しなかった。
したような構成を有する単純マトリクス配置の電子源を
用いて、図12に示したような構成を有する画像形成装
置を図27に示した真空排気装置を用いて作製した例を
示す。
縁性基板上に、下配線、層間絶縁層、上配線、素子電
極、導電性膜等を形成し、この絶縁性基板を、フェース
プレート、リアプレート、支持枠、排気管等からなる外
囲器内に固定した。このとき、排気管を2本に増やした
以外は、フェースプレート上の蛍光膜などを構成する部
材や作製手順は、実施例5と同様に行った。
6をそれぞれ図27の真空チャンバー301と真空チャ
ンバー302に接続し、ゲートバルブ303,304を
開けて、排気装置で真空チャンバー301,302を介
して外囲器内部を排気した。このときの真空チャンバー
301,302に接続された圧力計で圧力を測定したと
ころ、約1.3×10-4Paであった。その後、容器外
端子Dox1 ないしDoxm とDoy1 ないしDoyn を通じ、
前記各素子の素子電極間に電圧を印加し、実施例5と同
様にして導電性膜を通電処理(フォーミング処理)する
ことにより、素子電極間の導電性膜の各々に亀裂を形成
することで、該導電性膜の各々に電子放出部を作成し
た。
バルブ303を開け、外囲器内と真空チャンバー30
1,302を排気装置で排気した状態で、ニードルバル
ブを開けてベンゾニトリルを外囲器内に導入した。ベン
ゾニトリルは、アンプル内に保持され、アンプル内で気
化したベンゾニトリルのガスは、水吸着フィルターとニ
ードルバルブを介して真空チャンバー301へと導入さ
れ、外囲器、真空チャンバー302へと流れた。
て、ベンゾニトリルの導入量を一定に保ち、真空チャン
バー301での圧力は約5.0×10-3Pa、真空チャ
ンバー302での圧力は8.0×10-4Paであった。
いる四重極質量分析装置(Q−Mass)で雰囲気測定
を行ったところ、ベンゾニトリルに対する水の分圧比は
0.08であった。
oy1 ないしDoyn を通じ、前記各素子の素子電極間に電
圧を印加し、活性化を行った。
と同様に行った。その後、ニードルバルブを閉じ、ゲー
トバルブ304を開け、ベンゾニトリルを排気した。
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。
-4Paの真空度で、200℃、12時間のベーキングを
行った後、実施例1と同様の電圧印加(順方向の電圧印
加)を行い、2本の排気管をガスバーナーで熱すること
で溶着し外囲器の封止を行った。
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Dox1
ないしDoxm とDoy1 ないしDoyn を通じ、走査信号及
び変調信号を不図示の信号発生手段より、それぞれ印加
することにより、電子放出させ、高圧端子87を通じ、
メタルバック85に数kV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。
トが得られ、数時間表示させても、変化しなかった。
率の高い電子放出素子、及び電子源を提供することがで
きる。
出特性の経時変化の極めて少ない電子放出素子、及び電
子源を提供することができる。
流の経時的な低下の少ない電子放出素子、及び電子源を
提供することができる。
好な、より高品位な画像を形成し得る画像形成装置を提
供することができる。
トの経時的な低下の少ない画像形成装置を提供すること
ができる。
子の一構成例を示す模式的平面図及び断面図である。
子の一構成例を示す模式的平面図及び断面図である。
するための工程図である。
例を示す図である。
略構成図である。
ィルターの電極構造の例を示す模式図である。
す図である。
概略構成図である。
室)の概略構成図である。
図である。
を示す模式図である。
示す模式図である。
図である。
ビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示す
ブロック図である。
式図である。
示す模式図である。
明するための工程図である。
明するための工程図である。
明するための工程図である。
明するための工程図である。
た電子源基板の一部を示す模式図である。
グ工程を説明するための図である。
行う真空装置の概略構成図である。
置の概略構成図である。
If を測定するための電流計 51 電子放出素子に素子電圧Vf を印加するための電
源 52 アノード電極54に電圧を印加するための高圧電
源 53 素子の電子放出部より放出される放出電流Ie を
測定するための電流計 54 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 55 真空容器 56 排気装置 71 電子源基板 72 X方向配線 73 Y方向配線 74 表面伝導型電子放出素子 75 結線 81 リアプレート 82 支持枠 83 ガラス基板 84 蛍光膜 85 メタルバック 86 フェイスプレート 87 高圧端子 88 外囲器 91 黒色導電材 92 蛍光体 101 表示パネル 102 走査回路 103 制御回路 104 シフトレジスタ 105 ラインメモリ 106 同期信号分離回路 107 変調信号発生器 Vx ,Xa 直流電圧源 110 電子源基板 111 X方向配線 112 表面伝導型電子放出素子 120 グリッド電極 121 電子通過孔 151 層間絶縁層 152 コンタクトホール 153 Cr膜 251 共通電極 252 電源 253 電流測定用抵抗 254 オシロスコープ
Claims (15)
- 【請求項1】 電極間に、電子放出部を有する導電性膜
を備える電子放出素子の製造方法において、 電極間に配置された導電性膜に間隙部を形成する工程
と、極性又は極性基を有する芳香族化合物を有し、該芳
香族化合物の分圧に対する水の分圧の比が100以下で
ある雰囲気下で、該電極間に電圧を印加する工程とを有
することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 【請求項2】 前記芳香族化合物の分圧に対する水の分
圧の比が10以下である請求項1に記載の電子放出素子
の製造方法。 - 【請求項3】 前記芳香族化合物の分圧に対する水の分
圧の比が0.1以下である請求項1に記載の電子放出素
子の製造方法。 - 【請求項4】 前記芳香族化合物の分圧に対する水の分
圧の比が0.001以下である請求項1に記載の電子放
出素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記芳香族化合物は、シアノ基を有する
芳香族化合物である請求項1〜4のいずれかに記載の電
子放出素子の製造方法。 - 【請求項6】 前記芳香族化合物は、ベンゾニトリルあ
るいはp−トルニトリルである請求項1〜4のいずれか
に記載の電子放出素子の製造方法。 - 【請求項7】 電極間に、電子放出部を有する導電性膜
を備える電子放出素子の製造方法において、 電極間に配置された導電性膜に間隙部を形成する工程
と、含水除去手段を介して導入された極性又は極性基を
有する芳香族化合物の雰囲気下で、該電極間に電圧を印
加する工程とを有することを特徴とする電子放出素子の
製造方法。 - 【請求項8】 前記芳香族化合物は、シアノ基を有する
芳香族化合物である請求項7に記載の電子放出素子の製
造方法。 - 【請求項9】 前記芳香族化合物は、ベンゾニトリルあ
るいはp−トルニトリルである請求項7に記載の電子放
出素子の製造方法。 - 【請求項10】 電極間に、電子放出部を有する導電性
膜を備える電子放出素子の製造方法において、 電極間に配置された導電性膜に間隙部を形成する工程
と、内在する水の除去処理を経た容器中で、極性又は極
性基を有する芳香族化合物の雰囲気下、該電極間に電圧
を印加する工程とを有することを特徴とする電子放出素
子の製造方法。 - 【請求項11】 前記芳香族化合物は、シアノ基を有す
る芳香族化合物である請求項10に記載の電子放出素子
の製造方法。 - 【請求項12】 前記芳香族化合物は、ベンゾニトリル
あるいはp−トルニトリルである請求項10に記載の電
子放出素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記電子放出素子は、表面伝導型電子
放出素子である請求項1〜12のいずれかに記載の電子
放出素子の製造方法。 - 【請求項14】 基板上に複数の電子放出素子が配置さ
れた電子源の製造方法において、 前記電子放出素子が請求項1〜13のいずれかに記載の
方法にて製造されることを特徴とする電子源の製造方
法。 - 【請求項15】 基板上に複数の電子放出素子が配置さ
れた電子源と、該電子源からの電子の照射により画像を
形成する画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方
法において、 前記電子放出素子が請求項1〜13のいずれかに記載の
方法にて製造されることを特徴とする画像形成装置の製
造方法。
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