JP3548431B2 - Electron source and image forming apparatus using the electron source - Google Patents

Electron source and image forming apparatus using the electron source Download PDF

Info

Publication number
JP3548431B2
JP3548431B2 JP25303698A JP25303698A JP3548431B2 JP 3548431 B2 JP3548431 B2 JP 3548431B2 JP 25303698 A JP25303698 A JP 25303698A JP 25303698 A JP25303698 A JP 25303698A JP 3548431 B2 JP3548431 B2 JP 3548431B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron
voltage
substrate
emitting device
electron source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP25303698A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000082380A (en
Inventor
玉樹 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP25303698A priority Critical patent/JP3548431B2/en
Publication of JP2000082380A publication Critical patent/JP2000082380A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3548431B2 publication Critical patent/JP3548431B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/316Cold cathodes having an electric field parallel to the surface thereof, e.g. thin film cathodes
    • H01J2201/3165Surface conduction emission type cathodes

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子を用いた電子源、該電子源を用いた画像形成装置に関する。
【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。FE型の例としては、W.P.Dyke & W.W.Dolan,“Field Emission”,Advance in Electron Physics,8,89(1956)あるいはC.A.Spindt,“Physical Properties of Thin−Film Field Emission Cathodes with Molybdenium Cones”,J.Appl.Phys.,47,5248(1976)等に開示されたものが知られている。
【0003】
MIM型の例としてはC.A.Mead,“Operation of Tunnel−Emission Devices”,J.Apply.Phys.,32,646(1961)等に開示されたものが知られている。
【0004】
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。
【0005】
表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等によるSnO薄膜を用いたもの、Au薄膜によるもの[G.Dittmer:“Thin Solid Films”,9,317(1972)]、In/SnO薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Conf.”,519(1975)]、カーボン薄膜によるもの[荒木久 他:真空、第26巻、第1号、22頁(1983)]等が報告されている。
【0006】
これらの表面伝導型電子放出素子の典型的な例として前述のM.ハートウェルの素子構成を図16に模式的に示す。同図において6は絶縁基板である。4は導電性薄膜で、H型形状のパターンに、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部5が形成される。尚、図中の素子電極間隔Lは、0.5〜1mm、W′は0.1mmに設定されている。
【0007】
従来、これらの表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜4を予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部5を形成するのが一般的であった。即ち、通電フォーミングとは前記導電性薄膜4両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧例えば1V/分程度を印加通電し、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部5を形成することである。尚、電子放出部5は導電性薄膜4の一部に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われる。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、上述導電性薄膜4に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述電子放出部5より電子を放出せしめるものである。
【0008】
従来の表面伝導型放出素子の場合、放出素子の形成されている絶縁基板6の電位が不安定である為、放出された電子ビームの軌道が不安定になるという問題を生じていた。この問題を解決する為に、電子放出素子近傍に電位規定手段を設け、絶縁基板6の表面電位を規定する方法が提案されている(例えば、特開平1−283735号公報)。
【0009】
上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり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64−031332号公報、特開平1−283749号公報、特開平2−257552号公報等)。また、特に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、米国特許第5066883号)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
この、大面積にわたり多数の素子を配列形成した電子源装置においては、放出された電子の軌道が安定であるのはもちろんの事、長時間安定して駆動されうることが課題であった。長時間の駆動により、動作が不安定になったり、電子源としての均一性が劣化する要因の一つとして、放電が挙げられる。この放電現象は、素子部の表面電位の上昇、および素子間での表面電位に大きな差が生じやすい場合に引き起こされやすい。また、放出された電子を引き出すためのアノード電極へ印加する電圧が、上昇しているときにも起こりやすい。即ち、多数の素子にわたり、表面電位の上昇を抑制する事により、放出された電子の軌道を安定化し、かつ放電を効果的に抑制する事が可能となる。
【0011】
従来、例えば、特開平1−283735号公報においては、上記の放出された電子の軌道を安定化するために、電子放出素子近傍に電位規定手段を設け、前記絶縁基板の表面電位を規定する方法が提案されているが、電位規定手段としての電極が基板上面に形成されており、表面伝導型電子放出素子を複数使用した電子源として利用する場合には、配線が複数になったり、あるいは電位規定用の電極パターンを大面積にわたり歩留まりよく形成する事が困難であった。
【0012】
また、電位規定用の電極を基板の下面に形成する事も考えられうるが、大面積化に対応して基板の厚みを増す場合には、表面電位の上昇を十分抑制する事は困難である。例えば、比誘電率が5程度で、且つ厚さが2mmの絶縁性ガラスを用いた場合、電位規定用の電極に印加する電圧がグランド電圧で且つ、基板とアノード間の距離を5mm、アノード印加電圧を10kVとすることにより、容量分割から算出される表面電位は数百Vに上昇してしまう。これは、素子の駆動電圧が20V程度であるのに対して10倍以上大きな値であり、放出された電子の軌道を不安定にするとともに、放電抑制には十分な効果を与えない。
【0013】
そこで本発明の目的は、低コストでかつ容易に大面積で、電子放出特性が安定な表面伝導型電子放出素子およびそれを用いた電子源装置を提供することにある。さらに具体的には、上記放電現象を効果的に抑制した電子源装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するために鋭意検討を行って成されたものであり、下述する構成のものである。
【0015】
即ち、本発明は、複数の電子放出素子が配置された基板と、前記複数の電子放出素子の配置されたアノード電極を有する電子源において、前記基板と前記複数の電子放出素子との間には、グランド電位に規定された導電層と、当該導電層と前記複数の電子放出素子との間を絶縁する絶縁層とが配置されており、前記絶縁層は、当該絶縁層の表面の電位が前記電子放出素子に印加する電位の最大値以下となる厚さを有していることを特徴とする電子源、ならびに該電子と画像形成部材とを有する画像形成装置である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【0017】
まず、表面伝導型電子放出素子を用いた電子源について説明する。
【0018】
図1は、本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子を用いた電子源の構成を示す模式図であり、図1(a)は平面図、図1(b)はA−A′断面図である。
【0019】
図1において1は複合基板、2と3は素子電極、4は導電性薄膜、5は電子放出部、72はX方向配線、73はY方向配線である。なお、1の複合基板は6の基板、導電層7および絶縁層8により構成されている。また、図中BおよびB′は後で述べるアライメント位置を示すものである。また、表面伝導型電子放出素子は電子放出部5を有する導電性薄膜4と一対の素子電極2,3とで構成されている。
【0020】
基板6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、アルミナ等のセラミックス又はSi基板等を用いることができる。
【0021】
7の導電層、72のX方向配線、73のY方向配線、および互いに対向する素子電極2,3の材料としては、一般的な導体材料を用いることができる。これは例えばNi、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd等の金属或は合金及びPd、Ag、Au、RuO、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、In−SnO等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択することができる。
【0022】
絶縁層8としてはSiO、SiN、PSG(リンドープガラス)等を用いることができる。この絶縁層8の種類と厚さは、導電層7と素子表面間の静電容量を決定するものであり、表面電位の上昇を抑制し、素子間での表面電位に大きな差が生ずるのを抑制し、放電を防止するために適宜選択することができる。例えば、導電層7に接続される電位規定用の電極(不図示)に印加する電圧がグランド電圧で且つ、駆動電位が20V、アノードと基板間の距離が5mm、絶縁層8の誘電率ε1とアノードと基板間の誘電率ε2の比ε1/ε2が5の場合には、絶縁層8の厚さを約0.05mm以下にする事により、アノード印加電圧が10kV以下で、表面電位の上昇を駆動電圧以下に抑える事が可能である。これは、上記第2の層としての絶縁層8の厚さをd1、絶縁層の誘電率をε1、表面伝導型電子放出素子とアノード間の距離をd2、表面伝導型電子放出素子とアノード間の誘電率をε2、アノード印加電圧をV1としたとき、下述の式
V2=V1/(1+(d2×ε1)/(d1×ε2))
で表わされるV2の値が、容量分割から求められる表面電位を表すからである。
【0023】
素子電極間隔L、素子電極長さW、導電性薄膜4の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計される。素子電極間隔Lは、好ましくは、数百nmから数百μmの範囲とすることができ、より好ましくは数μmから数十μmの範囲とすることができる。
【0024】
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μm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。
【0025】
導電性薄膜4には、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好ましい。その膜厚は、素子電極2,3へのステップカバレージ、素子電極2,3間の抵抗値及び後述するフォーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、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から50nmの範囲とするのが良い。そのシート抵抗値Rsは10Ω/□から10Ω/□の値である。本願明細書において、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、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。
【0026】
導電性薄膜4を構成する材料は、Pd、Pt、Ru、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pd等の金属、PdO、SnO、In、PbO、Sb等の酸化物、HfB、ZrB、LaB、CeB、YB、GdB等の硼化物、TiC、ZrC、HfC、Ta、C、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。
【0027】
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範囲、好ましくは、1nmから20nmの範囲である。
【0028】
なお、本明細書では頻繁に「微粒子」という言葉を用いるので、その意味について説明する。
【0029】
小さな粒子を「微粒子」と呼び、これよりも小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「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。
【0030】
しかしながら、それぞれの境は厳密なものではなく、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。
【0031】
「実験物理学講座14 表面・微粒子」(木下是雄 編、共立出版 1986年9月1日発行)では次のように記述されている。
【0032】
「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2〜3nm程度までを意味することにする。両者を一括して単に微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではなく、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が2個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼ぶ。」(195ページ 22〜26行目)
付言すると、新技術開発事業団の“林・超微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径の下限はさらに小さく、次のようなものであった。
【0033】
「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロジェクト”(1981〜1986)では、粒子の大きさ(径)がおよそ1〜100nmの範囲のものを“超微粒子”(ultra fine particle)と呼ぶことにした。すると1個の超微粒子はおよそ10〜10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)上記のような一般的な呼び方をふまえて、本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集合体で、粒径の下限は0.1nmの数倍から1nm程度、上限は数μm程度のものを指すこととする。
【0034】
電子放出部5は、導電性薄膜4の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性薄膜4の膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法等に依存したものとなる。電子放出部5の内部には、0.1nm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、導電性薄膜4を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するものとなる。電子放出部5及びその近傍の導電性薄膜4には、炭素及び炭素化合物を有することもできる。
【0035】
上述の表面伝導型電子放出素子電子源の製造方法としては様々な方法があるが、その一例を図3及び図4に模式的に示す。
【0036】
以下、図1、図3及び図4を参照しながら製造方法の一例について説明する。図3及び図4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。
【0037】
1)基板6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導電層7を形成する(図3(a))。尚、必要に応じて、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて、導電層7を所望の形状に加工してもよい。
【0038】
2)基板6に導電層7を形成した上にCVD法、スパッタ法により絶縁層8を形成する(図3(b))。
【0039】
3)基板6に導電層7、絶縁層8が形成された複合基板1上に、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複合基板1上に素子電極2,3を形成する(図3(c))。なお、形成方法は厚膜法による印刷技術を利用する方法も採用できる。
【0040】
4)素子電極2,3を設けた複合基板1に、Y方向配線73を形成する。形成は真空蒸着法等を用いて膜を形成後、フォトリソグラフィー技術を用いて形成する方法や、厚膜法による印刷技術を利用する方法が採用できる(図3(d))。
【0041】
5)X方向配線とY方向配線が交差する部分に層間絶縁層9を形成する(図3では不図示)。
【0042】
6)X方向配線72を、4)と同様に形成する(図3(e))。
【0043】
7)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、前述の導電性薄膜4の材料の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、導電性薄膜4を形成する(図4(f))、ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性薄膜4の形成法はこれに限られるものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法、有機金属含有溶液をバブルジェット方式のインクジェット噴射装置を用いて付与する方法等を用いることもできる。
【0044】
8)つづいて、フォーミング工程を施す。このフォーミング工程の方法の一例として通電処理による方法を説明する。X方向配線72、Y方向配線73間に、不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性薄膜4の部位に、構造の変化した電子放出部5が形成される(図4(g))。尚、x方向配線72、y方向配線73への通電の仕方については後述する。通電フォーミングによれば導電性薄膜4に局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化した部位が形成される。該部位が電子放出部5を構成する。通電フォーミングの電圧波形の例を図5に示す。
【0045】
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5(a)に示した手法とパルス波高値を増加させながら、電圧パルスを印加する図5(b)に示した手法がある。
【0046】
図5(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1μsec〜10msec、T2は、10μsec〜10msecの範囲で設定される。三角波の波高値(通電フォーミング時のピーク電圧)は、表面伝導型電子放出素子形態に応じて適宜選択される。このような条件のもとで、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。
【0047】
図5(b)におけるT1及びT2は、図5(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/ステップ程度ずつ、増加させることができる。
【0048】
通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔T2中に、導電性薄膜4を局所的に破壊、変形しない程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができる。例えば0.1V程度の電圧印加により流れる素子電流を測定し、抵抗値を求めて、素子当り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。
【0049】
9)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のが好ましい。活性化工程とは、この工程により、素子電流If、放出電流Ieが、著しく変化する工程である。活性化工程は、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パルスの印加を繰り返すことで行うことができる。この雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することができる他、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため場合に応じ適宜設定される。適当な有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、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C2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどC2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流If、放出電流Ieが、著しく変化するようになる。
【0050】
活性化工程の終了判定は、素子電流Ifと放出電流Ieを測定しながら、適宜行う。なおパルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。
【0051】
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、PGは結晶粒が200Å程度で結晶構造がやや乱れたもの、GCは結晶粒が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、30nm以下の範囲とすることがより好ましい。
【0052】
10)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を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。
【0053】
前記活性化の工程で、排気装置として油拡散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生するオイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この成分の分圧を極力低く抑える必要がある。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1.3×10−6Pa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、80〜250℃好ましくは150℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、1×10−5Pa以下が好ましく、さらに1.3×10−6Pa以下が特に好ましい。
【0054】
安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な特性を維持することが出来る。
【0055】
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HO、Oなども除去でき、結果として素子電流If、放出電流Ieが、安定する。
【0056】
上述した工程を経て得られた本発明を適用可能な電子源の基本特性について述べる。まず、本発明を適用可能な電子源を構成しうる単一の電子放出素子の特性を説明するために、図6、図7を参照しながら説明する。
【0057】
図6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6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6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内には電子源が配されている。即ち、1は電子源を構成する複合基板であり、基板6、導電層7、絶縁層8より構成されている。2及び3は素子電極、4は導電性薄膜、5は電子放出部である。51は、電子放出素子に素子電圧Vfを印加するための電源、50は素子電極2,3間の導電性薄膜4を流れる素子電流Ifを測定するための電流計、54は素子の電子放出部より放出される放出電流Ieを捕捉するためのアノード電極である。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2mm〜8mmの範囲として測定を行うことができる。尚、導電層7は不図示の電源に接続可能であり、電圧を印加する事ができる。特に、導電層7に印加する電圧として、グランド電圧とする事もでき、この場合には、導電層7に電圧を印加するための電源等を必要とせず、特に好ましい。また、先述したとおり、第2の層としての絶縁層8の厚さをd1、絶縁層の誘電率をε1、表面伝導型電子放出素子とアノード54間の距離をd2、表面伝導型電子放出素子とアノード54間の誘電率をε2、アノード印加電圧をV1としたとき、下述の式
V2=V1/(1+(d2×ε1)/(d1×ε2))
で表わされるV2の値が、電子放出素子に印加する電位の最大値以下となるように設計する事により、表面電位の上昇を、特に効果的に抑制する事が可能である。
【0058】
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。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250℃まで加熱できる。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。
【0059】
図7は、図6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Vfの関係を模式的に示した図である。図7においては、放出電流Ieが素子電流Ifに比べて著しく小さいので、任意単位で示している。なお、縦・横軸ともリニアスケールである。
【0060】
図7からも明らかなように、本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ieに関して対する三つの特徴的性質を有する。
【0061】
即ち、
(i) 本素子はある電圧(しきい値電圧と呼ぶ、図7中のVth)以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ieが増加し、一方しきい値電圧Vth以下では放出電流Ieがほとんど検出されない。つまり、放出電流Ieに対する明確なしきい値電圧Vthを持った非線形素子である。
【0062】
(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。
【0063】
(iii) アノード電極54に捕捉される放出電荷は、素子電圧Vfを印加する時間に依存する。つまり、アノード電極54に捕捉される電荷量は、素子電圧Vfを印加する時間により制御できる。
【0064】
以上の説明より理解されるように、本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子電子源を構成しうる表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応じて、電子放出特性を容易に制御できることになる。この性質を利用すると複数の電子放出素子を配して構成した電子源、画像形成装置等、多方面への応用が可能となる。
【0065】
図7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。
【0066】
次に、本発明を適用可能な、複数個の表面伝導型電子放出素子を基板上に配列した電子源あるいは、画像形成装置について説明する。
【0067】
電子放出素子の配列については、種々のものが採用できる。
【0068】
一例として、並列に配置した多数の電子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数個配し(行方向と呼ぶ)、この配線と直交する方向(列方向と呼ぶ)で、該電子放出素子の上方に配した制御電極(グリッドとも呼ぶ)により、電子放出素子からの電子を制御駆動するはしご状配置のものがある。これとは別に、電子放出素子をX方向及びY方向に行列状に複数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の一方を、X方向の配線に共通に接続し、同じ列に配された複数の電子放出素子の電極の他方を、Y方向の配線に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配置について以下に詳述する。
【0069】
本発明に適用可能な表面伝導型電子放出素子については、前述したとおり(i)乃至(iii)の特性がある。即ち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、しきい値電圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、しきい値電圧以下では、殆ど放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合においても、個々の素子に、パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。
【0070】
以下この原理に基づき、本発明を適用可能な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板について、図8を用いて説明する。図8において、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は表面伝導型電子放出素子、75は結線である。なお、71の電子源基板は図1の基板6、導電層7、絶縁層8等により構成されている。
【0071】
m本のX方向配線72は、Dx1、Dx2、…、Dxmからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。配線の材料、膜厚、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)。
【0072】
不図示の層間絶縁層8は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたSiO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。
【0073】
表面伝導型放出素子74を構成する一対の電極(図2の2、3)は、m本のX方向配線72とn本のY方向配線73と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。
【0074】
配線72と配線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。
【0075】
X方向配線72には、X方向に配列した表面伝導型放出素子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方向に配列した表面伝導型放出素子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。
【0076】
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。
【0077】
電子源基板71を構成する導電層7にはグランド電圧を印加してもよいが、絶縁層8の材料、および厚さにより決まる静電容量ε1を考慮して、所望の表面電位を得るための電圧を印加する事もできる。尚、上記の静電容量ε1が大きく、所望の駆動電圧を所望の駆動条件で得難い場合には、素子表面の絶縁面と対向する部分に導電層7を主に形成し、X方向配線72、Y方向配線73、素子電極2,3、導電性薄膜4と対向する部分には導電層7をできるだけ形成しないようにする事もできる。
【0078】
このような単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像形成装置について、図9と図10及び図11を用いて説明する。図9は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図であり、図10は、図9の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図11は、NTSC方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。
【0079】
図9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。
【0080】
74は、表面伝導型電子放出素子である。72,73は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極と接続されたX方向配線及びY方向配線である。
【0081】
外囲器88は、上述の如く、フェースプレート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88を構成しても良い。一方、フェースプレート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。
【0082】
図10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。
【0083】
ガラス基板83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。
【0084】
フェースプレート86には、更に蛍光膜84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。
【0085】
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。
【0086】
図9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。
【0087】
図14はこの工程に用いる装置の概要を示す模式である。画像形成装置131は、排気管132を介して真空チャンバー133に連結され、さらにゲートバルブ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(Q−mass)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。
【0088】
真空チャンバー133には、さらに必要なガスを真空チャンバー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。該ガス導入ライン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。
【0089】
図14の装置により外囲器88の内部を排気し、フォーミングを行う。この際、例えば図15に示すように、Y方向配線73を共通電極141に接続し、X方向配線72の内の一つに接続された素子に電源142によって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミングを行うことができる。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。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まとめてフォーミングする事も可能である。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。
【0090】
フォーミング終了後、活性化工程を行う。外囲器88内は、十分に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。あるいは、個別素子の活性化方法として記述のように、まず油拡散ポンプやロータリーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中に残留する有機物質を用いても良い。また、必要に応じて有機物質以外の物質も導入される場合がある。この様にして形成した、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。このときの電圧の印加方法は、上記フォーミングの場合と同様の結線により、一つの方向配線につながった素子に、同時に電圧パルスを印加すればよい。
【0091】
活性化工程終了後は、個別素子の場合と同様に、安定化工程を行うことが好ましい。
【0092】
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132をバーナーで熱して溶解させて封じきる。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。
【0093】
次に、単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した表示パネルに、NTSC方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例について、図11を用いて説明する。図11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。
【0094】
表示パネル101は、端子Dox1乃至Doxm、端子Doy1乃至Doyn、及び高圧端子Hvを介して外部の電気回路と接続している。端子Dox1乃至Doxmには、表示パネル内に設けられている電子源、即ち、M行N列の行列状にマトリクス配線された表面伝導型電子放出素子群を一行(N素子)ずつ順次駆動する為の走査信号が印加される。
【0095】
端子Dy1乃至Dynには、前記走査信号により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。高圧端子Hvには、直流電圧源Vaより、例えば10kVの直流電圧が供給されるが、これは表面伝導型電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。
【0096】
走査回路102について説明する。同回路は、内部にM個のスイッチング素子を備えたもので(図中、S1乃至Smで模式的に示している)ある。各スイッチング素子は、直流電圧源Vxの出力電圧もしくは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Dx1乃至Dxmと電気的に接続される。S1乃至Smの各スイッチング素子は、制御回路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。
【0097】
直流電圧源Vxは、本例の場合には表面伝導型電子放出素子の特性(電子放出しきい値電圧)に基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力するよう設定されている。
【0098】
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およびTSFTおよびTMRYの各制御信号を発生する。
【0099】
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ある。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。
【0100】
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N素子分の駆動データに相当)のデータは、Id1乃至IdnのN個の並列信号として前記シフトレジスタ104より出力される。
【0101】
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Idnの内容を記憶する。記憶された内容は、I′d1乃至I′dnとして出力され、変調信号発生器107に入力される。
【0102】
変調信号発生器107は、画像データI′d1乃至I′dnの各々に応じて表面伝導型電子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号は、端子Doy1乃至Doynを通じて表示パネル101内の表面伝導型電子放出素子に印加される。
【0103】
前述したように、本発明を適用可能な電子放出素子は放出電流Ieに対して以下の基本特性を有している。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Vthがあり、Vth以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合には電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Vmを変化させる事により出力電子ビームの強度を制御することが可能である。また、パルスの幅Pwを変化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御する事が可能である。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
シフトレジスタ104やラインメモリ105は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のものをも採用できる。画像信号のシリアル/パラレル変換や記憶が所定の速度で行われれば良いからである。
【0107】
デジタル信号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表面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【0108】
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、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【0109】
このような構成をとり得る本発明を適用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Dox1乃至Doxm、Doy1乃至Doynを介して電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。高圧端子Hvを介してメタルバック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。
【0110】
次に、梯子型配置の電子源及び画像形成装置について図12及び図13を用いて説明する。
【0111】
図12は、梯子型配置の電子源の一例を示す模式図である。図12において、110は電子源基板、111は電子放出素子である。尚、電子源基板110は基板6、導電層7、絶縁層8等により構成されている。112で示す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。
【0112】
図13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である。図13においては、図9、図12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9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120を備えているか否かである。
【0113】
図13においては、基板110とフェースプレート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、表面伝導型放出素子から放出された電子ビームを変調するためのものであり、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。グリッドの形状や設置位置は図13に示したものに限定されるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッドを表面伝導型放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
【0114】
容器外端子122およ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。
【0115】
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。
【0116】
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方式など他、これよりも、多数の走査線からなるTV信号(例えば、高品位TV)方式をも採用できる。
【0117】
また、ここで述べた画像形成装置は、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。
【0118】
本発明の電子源および画像形成装置は、導電層7、絶縁層8を有する事を特徴とするが、これは絶縁層8の材質、厚さ等により決まる導電層7と素子形成面の間の静電容量を規定することを目的としている。これにより、アノード電極54に印加する電圧に対して、導電層7に各々の電子放出素子に対して共通の電圧を印加した場合に、各々の素子形成面の表面電位を規定する事が可能になる。つまり、本発明の電子源においては、放出された電子の軌道が安定であるのはもちろんのこと、長時間安定して駆動する事が可能である。さらに述べると、素子部の表面電位の上昇、および素子間での表面電位に差が生じやすい場合に引き起こされる放電現象を抑制する事が可能である。
【0119】
本発明の電子源において、第1の層としての導電層7に印加する電圧をグランド電圧とした場合に、第2の層としての絶縁層の厚さをd1、絶縁層の誘電率をε1、表面伝導型電子放出素子とアノード間の距離をd2、表面伝導型電子放出素子とアノード間の誘電率をε2、アノード印加電圧をV1としたとき、下述の式
V2=V1/(1+(d2×ε1)/(d1×ε2))
で表わされる電圧V2の値が、駆動電圧以下である場合に、とりわけ長時間安定して駆動することが可能であり、同時にアノードに印加する電圧が上昇しているときに生じ易い放電を効果的に抑制する事が可能となる。この電圧V2の値は、容量分割から算出される素子形式面の表面電位をあらわすものであり、上記のd2、d1、ε1を制御する事によりさまざまに変化させる事が可能である。尚、ε2は近似的に真空中の誘電率で表されるものであり、制御する事は困難である。
【0120】
例えば、導電層7に印加する電圧がグランド電圧で且つ、駆動電圧が20V、アノード54と基板1間の距離が5mm、絶縁層8の誘電率ε1とアノード54と基板1間の誘電率ε2の比ε1/ε2が5の場合には、絶縁層8の厚さを約0.05mm以下にする事により、アノード印加電圧が10kV以下で、表面電位の上昇を駆動電圧以下に抑える事が可能である。このことからもわかるように、仮に比誘電率が5程度の基板の裏面に導電層を形成して、導電層にグランド電圧を印加する場合には、基板の厚さを約0.05mm以下にする事が必要となり、大面積化に対応して十分な強度を得ることが非常に困難になってしまう。
【0121】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
【0122】
[実施例1]
図1、図3及び図4を用いて、表面伝導型電子放出素子を用いた電子源の作製方法について説明する。
【0123】
1)ガラス基板6を洗浄する。基板は青板ガラスを使用する。
【0124】
2)導電層7を形成する。導電層7はCr0.01μm/Cu0.3μm/Cr0.01μmにより構成され、形成には真空蒸着法を使用する。
【0125】
3)絶縁層8を形成する。絶縁層8はリン濃度が6重量%のPSG膜を2μm形成したものとする。形成にはCVD法を使用する。尚、基板端に、導電層7に電圧を印加するための端子を得るために、絶縁層8にフッ酸を滴下して、導電層7が露出する部分を形成する(不図示)。この露出部分の面積は約1平方センチメートルである。
【0126】
4)素子電極2,3を形成する。膜の成膜方法としては厚膜印刷法を使用する。ここで使用する厚膜ペースト材料はMODペースト(DU−2110、ノリタケ(株)製)で金属成分は金である。印刷方法はスクリーン印刷法である。印刷の後は110℃で20分乾燥し、次に本焼成を実施する。焼成温度は580℃でピーク保持時間は約8分である。印刷焼成後の膜厚は0.3μmである。素子電極間距離は50μmとする。
【0127】
5)次に、Y方向配線73を形成する。厚膜スクリーン印刷法を用いる。ペースト材料はノリタケ(株)製(NP−4028A)で、金属成分は銀である。焼成は、2)と同様である。Y方向配線は、素子電極3の片側に接続する。
【0128】
6)次に、層間絶縁層(不図示)を形成する。厚膜スクリーン印刷法を用いる。ペースト材料はPbOを主成分としてガラスバインダーを混合したものを使用する。焼成は、2)と同様である。X方向配線72と素子電極2が接続できるような形態とする。
【0129】
7)次に、X方向配線72をY方向配線73と同じ手順で形成する。X方向配線72の一部は、素子電極2と接続されている。
【0130】
8)次に、導電性薄膜4を形成する。有機パラジウム含有溶液を、バブルジェット方式のインクジェット噴射装置を用いて、幅が200μmとなるように付与する。300℃で10分間の加熱処理を行って、酸化パラジウム微粒子から成る微粒子膜を得る。
【0131】
以上の工程によりガラス基板6上に導電層7、絶縁層8を形成した複合基板1、X方向配線72、層間絶縁層(不図示)、Y方向配線73、素子電極2,3、電子放出部形成用薄膜4、等を形成する。
【0132】
こうして作製された電子源基板を用いて、前述したようにフェースプレート86、支持枠82、リアプレート81とで外囲器88を形成し、封止を行って表示パネルを作成する。
【0133】
外囲器88内を排気して、圧力を1.3×10−4Pa以下とした後、Y方向配線73をグランド電位とし、X方向配線72の各配線毎に三角波パルスを印加して前述のフォーミング処理を行う。三角波パルスの波形は、図5(b)に示すように、波高値の漸増するもので、パルス幅T1=1msec.、パルス間隔10msec.とする。
【0134】
つづいて、活性化工程を行う。外囲器88内にアセトンを導入し、圧力を1.3×10−1Paとし、上記と同様に各X方向配線毎に波高値16Vの矩形波パルスを印加する。
【0135】
つづいて、外囲器88を加熱しながら排気を行い、圧力を1.3×10−5Pa以下とした後、バーナーにより排気管を加熱溶着して、封止を行い、さらに不図示のゲッターを高周波加熱することにより、ゲッター処理を行う。
【0136】
本表示パネルにおいては、アノード54と基板1間の距離d2が5mm、絶縁層の厚さd1が2μm、絶縁層の誘電率ε1とアノードと基板間の誘電率ε2の比ε1/ε2が約5であり、
V2=V1/(1+(d2×ε1)/(d1×ε2))
で与えられる電圧V2は、V2=V1/12501となる。尚、電圧V1はアノード54に印加する電圧である。更には図11に示すようなNTSC方式のテレビ信号に基づきテレビジョン方式を行う為の駆動回路を有する画像形成装置を作製する。
【0137】
上記の方法で製造した画像形成装置の放電の有無を長時間にわたり確認するために、放電が生じた場合に突発的にアノード電極54に流れる電流を計測する実験を行った。以下に測定条件を述べる。
【0138】
1)アノード54に印加する電圧V1を10kV、2kV毎秒で上昇させた。また、電子放出素子74の駆動電圧を16Vとした。すなわち、電子放出で行わせる素子に対応するX、Y各方向配線にピーク値+8V及び−8Vの矩形波パルスを印加した。この時、上記の電圧V2は約0.8Vとなり、正極側の電位8Vに対して小さな値となった。
【0139】
2)導電層7には、高圧電源のグランドと共有したグランド電圧を印加した。即ち、導電層7には時間的に変動しない電圧を印加した。
【0140】
3)駆動条件として、各素子とも同じ駆動電圧、パルス幅、となるようにした。つまり、アノード54に流れる電流値が時間的に変動の少ない条件とした。
【0141】
4)アノード54に定常的に流れる電流値の2倍の値をトリガーレベルとし、放電により、突発的に上記トリガーレベルを越えた電流が流れ、続いて、トリガーレベル以下の電流値に減衰したときに、放電が起きたものとした。尚、放電時には、放電個所において蛍光体の発光が見られる場合があるが、上記の測定方法で、十分な対応が取れるものであった。上記の測定方法により、放電の回数を、長時間にわたり計測可能である。
【0142】
上記の測定を200時間にわたり実施したところ、放電は一度も観測されなかった。このことから、本発明の電子源および画像形成装置が、放電抑制にきわめて有効である事が理解される。
【0143】
次に、画像の評価を行うために、さまざまな駆動信号を入力したところ、上記の本実施例の製造方法により作製した電子放出素子電子源基板、表示パネル及び画像形成装置は、画素の乱れのない安定な画像が得られた。
【0144】
[比較例1]
実施例1において、工程2)、3)を行わず、即ち、ガラス基板6上に直接素子を形成して、実施例1で行ったのと同様の放電測定実験を行った。尚、ガラス基板は比誘電率が約5、厚さが2mmのものを採用し、ガラス基板の素子形成面の裏面がグランド電位なるように配置した。実施例1と同じ駆動電圧、アノード印加電圧で200時間にわたり実施したところ、8回の放電が計測された。続いて、画像の評価を行うために、さまざまな駆動信号を入力したところ、比較例1の製造方法により作製した電子源、表示パネルおよび画像形成装置は、放電に起因すると思われる不明瞭な表示部分が確認された。
【0145】
[実施例2]
実施例1において、工程2)と3)の代わりに、次に示す工程2)′および3)′を行った。その他の工程は実施例1と同様である。
【0146】
2)′導電層7を図2に示される形状に形成する。導電層7はCr0.01μm/Cu0.3μm/Cr0.01μmにより構成され、成膜は真空蒸着法を使用する。なお、図2に示される形状を得るために、成膜前にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて所望の形状が得られるようにパターニングし、成膜後にリフトオフを行って作製する。なお、図2においてCおよびC′は、図1におけるBおよびB′と基板と垂直な方向から眺めて一致するように、後にアライメントされる。
【0147】
3)′絶縁層8を形成する。絶縁層8はリン濃度が6重量%のPSG膜を1μm形成したものである。形成方法としてはCVD法を使用した。
【0148】
こうして作製された電子源基板を用いて、前述したようにフェースプレート86、支持枠82、リアプレート81とで外囲器88を形成し、封止を行って表示パネル、更には図10に示すようなNTSC方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行う為の駆動回路を有する画像形成装置を作製した。本表示パネルにおいては、アノードと基板間の距離d2が5mm、絶縁層の厚さd1が1μm、絶縁層の誘電率ε1とアノードと基板間の誘電率ε2の比ε1/ε2が約5であり、
V2=V1/(1+(d2×ε1)/(d1×ε2))
で与えられる電圧V2は、V2=V1/25001となる。尚、電圧V1はアノードに印加する電圧である。
【0149】
まず、実施例1と同様に、放電の有無を長時間にわたり確認するために、放電が生じた場合に突発的にアノード電極に流れる電流を計測する実験を200時間にわたり行った。実験条件は実施例1と同じであり、その結果、放電は一度も観測されなかった。
【0150】
次に、画像の評価を行うために、さまざまな駆動信号を入力したところ、上記の本実施例の製造方法により作製した電子源基板、表示パネル及び画像形成装置は、画素の乱れのない安定な画像が得られた。
【0151】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば放電を抑制した電子放出素子電子源基板、表示パネル及び画像形成装置が提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型電子放出素子を用いた電子源の構成を示す模式的平面図及び断面図である。
【図2】本発明の実施例2による基板上に形成した導電層を示す模式的平面図である。
【図3】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型電子放出素子の製造方法の一例の前半部を示す模式図である。
【図4】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型電子放出素子の製造方法の一例の後半部を示す模式図である。
【図5】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型電子放出素子の製造に際して採用できる通電フォーミング処理における電圧波形の一例を示す模式図である。
【図6】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。
【図7】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型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グラフである。
【図8】本発明の実施形態及び実施例によ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。
【図9】本発明の実施形態及び実施例による画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図10】蛍光膜の一例を示す模式図である。
【図11】画像形成装置にNTSC方式のテレビ信号に応じて表示を行わせるための駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図12】本発明の実施形態による梯子配置の電子源の一例を示す模式図である。
【図13】本発明の実施形態による画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図14】本発明の実施形態及び実施例による画像表示装置フォーミング、活性化工程を行うための真空排気装置の模式図である。
【図15】本発明の実施形態及び実施例による画像形成装置の、フォーミング、活性化工程のための結線方式を示す模式図である。
【図16】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
1 複合基板
2,3 素子電極
4 導電性薄膜
5 電子放出部
6 基板
7 導電層
8 絶縁層
9 層間絶縁層
50 素子電極2,3間の導電性薄膜4を流れる素子電流Ifを測定するための電流計
51 電子放出素子に素子電圧Vfを印加するための電源
52 素子の電子放出部5より放出される放出電流Ieを測定するための電流計
53 アノード電極54に電圧を印加するための高圧電源
54 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 真空装置
56 排気ポンプ
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
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およびVa 直流電圧源
110 電子源基板
111 電子放出素子
112 Dx1〜Dx10は、前記電子放出素子を配線するための共通配線
120 グリッド電極
121 電子が通過するため空孔
122 Dox1、Dox2、…Doxmよりなる容器外端子
123 グリッド電極120と接続されたG1、G2
131 画像表示装置
132 排気管
133 真空チャンバー
134 ゲートバルブ
135 排気装置
136 圧力計
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
141 共通電極
142 電源
143 電流測定用抵抗
144 オシロスコープ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron source using an electron-emitting device and an image forming apparatus using the electron source.
[0002]
[Prior art]
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 device includes 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 type electron emitting device, and the like. As an example of the FE type, W. P. Dyke & W. W. Dolan, "Field Emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956) or C.I. A. Spindt, "Physical Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes with Molybdenium Cones", J. Am. Appl. Phys. , 47, 5248 (1976).
[0003]
Examples of the MIM type include C.I. A. Mead, "Operation of Tunnel-Emission Devices", J. Mol. Apply. Phys. , 32, 646 (1961).
[0004]
As an example of the surface conduction electron-emitting device type, see, I. Elinson, Recio Eng. Electron Phys. , 10, 1290 (1965).
[0005]
The surface conduction electron-emitting device utilizes a phenomenon in which an electron is emitted when a current flows through a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. As the surface conduction electron-emitting device, SnO by Elinson et al. 2 One using a thin film, one using an Au thin film [G. Dittmer: “Thin Solid Films”, 9, 317 (1972)], In 2 O 3 / SnO 2 By a thin film [M. Hartwell and C.I. G. FIG. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)], and a method using a carbon thin film [Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, p. 22 (1983)] and the like are reported.
[0006]
As a typical example of these surface conduction electron-emitting devices, the aforementioned M.I. FIG. 16 schematically shows an element configuration of the Hartwell. In the figure, reference numeral 6 denotes an insulating substrate. Reference numeral 4 denotes a conductive thin film, which is formed of a metal oxide thin film or the like formed by sputtering in an H-shaped pattern, and the electron emitting portion 5 is formed by an energization process called energization forming described later. The element electrode interval L in the figure is set to 0.5 to 1 mm, and W 'is set to 0.1 mm.
[0007]
Conventionally, in these surface conduction electron-emitting devices, it has been general that the electron-emitting portion 5 is formed beforehand by the energization process called energization forming of the conductive thin film 4 before electron emission. That is, the energization forming is to apply a direct current voltage or a very slowly increasing voltage, for example, about 1 V / min, to both ends of the conductive thin film 4 and to energize the conductive thin film 4 to locally destroy, deform or alter the conductive thin film, and The purpose is to form the electron emitting portion 5 in a high resistance state. In the electron emitting portion 5, a crack is generated in a part of the conductive thin film 4, and electrons are emitted from the vicinity of the crack. The surface conduction type electron-emitting device which has been subjected to the energization forming treatment causes the electron-emitting portion 5 to emit electrons by applying a voltage to the conductive thin film 4 and causing a current to flow through the device.
[0008]
In the case of the conventional surface conduction electron-emitting device, there is a problem that the trajectory of the emitted electron beam becomes unstable because the potential of the insulating substrate 6 on which the emission device is formed is unstable. In order to solve this problem, a method has been proposed in which a potential regulating means is provided near the electron-emitting device to regulate the surface potential of the insulating substrate 6 (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-283735).
[0009]
The surface conduction electron-emitting device described above has an advantage that a large number of devices can be arranged and formed over a large area because the structure is simple and the production is easy. Therefore, various applications that can take advantage of this feature are being studied. For example, there are a charged beam source, a display device, and the like. 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 having a large number of rows arranged (for example, JP-A-64-031332, JP-A-1-283737, JP-A-2-257552, etc.) can be mentioned. In particular, in image forming apparatuses such as display apparatuses, flat panel display apparatuses using liquid crystal have recently spread in place of CRTs. However, since they are not self-luminous, they must have a backlight. There is a problem, and development of a self-luminous display device has been desired. As the self-luminous display device, there is an image forming apparatus 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. Can be (For example, US Pat. No. 5,066,883)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the electron source device in which a large number of elements are arranged and formed over a large area, there is a problem that the orbit of the emitted electrons is not only stable but also can be driven stably for a long time. Discharge is one of the causes of unstable operation or deterioration of uniformity as an electron source due to long-time driving. This discharge phenomenon is likely to occur when the surface potential of the element portion increases and a large difference in the surface potential between the elements easily occurs. Further, it is likely to occur when the voltage applied to the anode electrode for extracting the emitted electrons is increasing. That is, by suppressing the rise in the surface potential over a large number of elements, it is possible to stabilize the trajectory of the emitted electrons and effectively suppress the discharge.
[0011]
Conventionally, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-283735, in order to stabilize the trajectory of the emitted electrons, a method of providing a potential regulating means near an electron-emitting device to regulate the surface potential of the insulating substrate is described. However, when an electrode as a potential regulating means is formed on the upper surface of the substrate and is used as an electron source using a plurality of surface conduction electron-emitting devices, a plurality of wirings or a potential It has been difficult to form the defining electrode pattern over a large area with good yield.
[0012]
Although it is conceivable to form an electrode for regulating the potential on the lower surface of the substrate, it is difficult to sufficiently suppress the rise in the surface potential when the thickness of the substrate is increased in response to an increase in area. . For example, when an insulating glass having a relative dielectric constant of about 5 and a thickness of 2 mm is used, the voltage applied to the potential regulating electrode is the ground voltage, the distance between the substrate and the anode is 5 mm, and the anode is applied. By setting the voltage to 10 kV, the surface potential calculated from the capacitance division increases to several hundred volts. This is a value that is at least 10 times larger than the driving voltage of the element of about 20 V, makes the trajectory of the emitted electrons unstable, and does not provide a sufficient effect for suppressing the discharge.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a surface conduction electron-emitting device having a low cost, easily having a large area, and having stable electron emission characteristics, and an electron source device using the same. More specifically, it is an object of the present invention to provide an electron source device in which the discharge phenomenon is effectively suppressed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made by intensive studies in order to solve the above-described problems, and has the following configuration.
[0015]
That is, the present invention Multiple electron-emitting devices are arranged substrate And the plurality of electron-emitting devices Up One To Placed Anode electrode When In the electron source having Between the substrate and the plurality of electron-emitting devices, a conductive layer defined at a ground potential, and an insulating layer that insulates between the conductive layer and the plurality of electron-emitting devices are arranged. The insulating layer is formed of the insulating layer. Surface potential Has a thickness that is not more than the maximum value of the potential applied to the electron-emitting device. An electron source characterized by the following, and said electron And an image forming member An image forming apparatus.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
First, an electron source using a surface conduction electron-emitting device will be described.
[0018]
FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams showing the configuration of an electron source using a surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied. FIG. 1A is a plan view, and FIG. FIG.
[0019]
In FIG. 1, 1 is a composite substrate, 2 and 3 are device electrodes, 4 is a conductive thin film, 5 is an electron-emitting portion, 72 is an X-direction wiring, and 73 is a Y-direction wiring. One composite substrate is composed of six substrates, a conductive layer 7 and an insulating layer 8. Also, B and B 'in the figure indicate alignment positions to be described later. The surface conduction electron-emitting device includes a conductive thin film 4 having an electron-emitting portion 5 and a pair of device electrodes 2 and 3.
[0020]
As the substrate 6, quartz glass, glass having a reduced impurity content such as Na, blue plate glass, ceramics such as alumina, or a Si substrate can be used.
[0021]
As the material of the conductive layer 7, the X-directional wiring 72, the Y-directional wiring 73, and the element electrodes 2 and 3 facing each other, general conductive materials can be used. This is, for example, a metal or alloy such as Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu, Pd and Pd, Ag, Au, RuO. 2 , Pd-Ag, etc., a metal or metal oxide and a printed conductor composed of glass, etc., In 2 O 3 -SnO 2 And the like, and a semiconductor conductor material such as polysilicon and the like.
[0022]
The insulating layer 8 is made of SiO 2 , SiN, PSG (phosphorus-doped glass) or the like can be used. The type and thickness of the insulating layer 8 determine the capacitance between the conductive layer 7 and the element surface, suppress the rise in surface potential, and prevent a large difference in surface potential between elements. It can be appropriately selected to suppress and prevent discharge. For example, the voltage applied to the potential regulating electrode (not shown) connected to the conductive layer 7 is the ground voltage, the driving potential is 20 V, the distance between the anode and the substrate is 5 mm, and the dielectric constant ε1 of the insulating layer 8 is When the ratio ε1 / ε2 of the dielectric constant ε2 between the anode and the substrate is 5, the thickness of the insulating layer 8 is set to about 0.05 mm or less so that the anode applied voltage is 10 kV or less and the surface potential rises. It is possible to keep the driving voltage or lower. This is because the thickness of the insulating layer 8 as the second layer is d1, the dielectric constant of the insulating layer is ε1, the distance between the surface conduction electron-emitting device and the anode is d2, and the distance between the surface conduction electron-emitting device and the anode is d2. When the dielectric constant of is ε2 and the voltage applied to the anode is V1, the following equation
V2 = V1 / (1+ (d2 × ε1) / (d1 × ε2))
This is because the value of V2 represented by represents the surface potential obtained from the capacitance division.
[0023]
The element electrode interval L, the element electrode length W, the shape of the conductive thin film 4, and the like are designed in consideration of the applied form and the like. The element electrode interval L can be preferably in the range of several hundred nm to several hundred μm, and more preferably in the range of several μm to several tens μm.
[0024]
The length W of the device electrode can be in the range of several μm to several hundred μm in consideration of the resistance value of the electrode and the electron emission characteristics. The film thickness d of the device electrodes 2 and 3 can be in the range of several tens nm to several μm.
[0025]
As the conductive thin film 4, a fine particle film composed of fine particles is preferably used in order to obtain good electron emission characteristics. The film thickness is appropriately set in consideration of the step coverage to 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 hundred nm, more preferably in the range of 1 nm to 50 nm. The sheet resistance value Rs is 10 2 From Ω / □ to 10 7 Ω / □. In the specification of the present application, 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 a film to form a high resistance state. It is.
[0026]
Materials forming the conductive thin film 4 include metals such as Pd, Pt, Ru, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, and Pd, PdO, and SnO. 2 , In 2 O 3 , PbO, Sb 2 O 3 Oxides such as HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 , CeB 6 , YB 4 , GdB 4 And the like, carbides such as TiC, ZrC, HfC, Ta, C, SiC and WC, nitrides such as TiN, ZrN and HfN, semiconductors such as Si and Ge, carbon and the like.
[0027]
The fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and has a fine structure in a state in which the fine particles are individually dispersed and arranged, or in a state in which the fine particles are adjacent to each other or overlapped (some fine particles are gathered, (Including the case where an island structure is formed as a whole). The particle size of the fine particles is in the range of several times to several hundreds of nm, preferably in the range of 1 nm to 20 nm.
[0028]
In the present specification, the term “fine particles” is frequently used, and the meaning will be described.
[0029]
Small particles are called "fine particles" and smaller ones are called "ultra fine particles". It is widely practiced to call a “cluster” a particle that is smaller than “ultrafine particles” and has a few hundred atoms or less.
[0030]
However, each boundary is not strict and changes depending on what kind of property is focused on. In addition, “fine particles” and “ultrafine particles” may be collectively referred to as “fine particles”, and the description in this specification is in line with this.
[0031]
"Experimental Physics Course 14: Surfaces and Particles" (edited by Kinoshita Yoshio, published by Kyoritsu Shuppan, September 1, 1986) states as follows.
[0032]
"In this paper, the term" fine particles "refers to a particle diameter of about 2 to 3 μm to about 10 nm, and the term" ultrafine particles "refers to a particle diameter of about 10 nm to about 2 to 3 nm. It is not a strict one because it is simply written as a fine particle, and it is a rough guide. When the number of atoms constituting a particle is two to several tens to several hundreds, it is called a cluster. "(Page 195) (Lines 22-26)
In addition, the definition of "ultra-fine particles" in the "Hayashi and Ultra-fine Particle Project" of the New Technology Development Corporation has a lower minimum particle size, as follows.
[0033]
"In the" Ultra Fine Particle Project "of the Creative Science and Technology Promotion System (1981 to 1986), particles with a size (diameter) in the range of about 1 to 100 nm are called" ultra fine particles ". Then, one ultrafine particle is about 10 0 -10 8 It is an aggregate of about atoms. Ultra-fine particles are large to giant particles on an atomic scale. ("Ultrafine Particles, Creative Science and Technology" Hayashi Tax, Ryoji Ueda, Akira Tazaki, ed., Mita Publishing, 1988, page 2, lines 1 to 4) "Even smaller than ultrafine particles, that is, several to several hundred atoms. A single structured particle is usually called a cluster. ”(Page 2, lines 12 to 13 of the same book) Based on the general term as described above,“ fine particles ”in the present specification refers to a large number of atoms. A molecular aggregate having a lower limit of a particle size from several times 0.1 nm to about 1 nm and an upper limit of about several μm.
[0034]
The electron-emitting portion 5 is constituted by a high-resistance crack formed in a part of the conductive thin film 4 and depends on a thickness, a film quality, a material of the conductive thin film 4, a method such as energization forming described later, and the like. Become. In some cases, conductive fine particles having a particle diameter in the range of several times 0.1 nm to several tens nm are present inside the electron emission portion 5. The conductive fine particles contain some or all of the elements of the material constituting the conductive thin film 4. The electron emitting portion 5 and the conductive thin film 4 in the vicinity thereof can also contain carbon and a carbon compound.
[0035]
There are various methods for manufacturing the above-described electron source of the surface conduction electron-emitting device. One example is schematically shown in FIGS.
[0036]
Hereinafter, an example of the manufacturing method will be described with reference to FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 3 and 4, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG.
[0037]
1) The substrate 6 is sufficiently washed with a detergent, pure water, an organic solvent, and the like, and a conductive layer 7 is formed by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like (FIG. 3A). If necessary, the conductive layer 7 may be processed into a desired shape by using, for example, a photolithography technique.
[0038]
2) After forming a conductive layer 7 on a substrate 6, an insulating layer 8 is formed by a CVD method or a sputtering method (FIG. 3B).
[0039]
3) After a device electrode material is deposited on the composite substrate 1 on which the conductive layer 7 and the insulating layer 8 are formed on the substrate 6 by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, the element is formed on the composite substrate 1 by using, for example, a photolithography technique. The electrodes 2 and 3 are formed (FIG. 3C). In addition, as a forming method, a method using a printing technique by a thick film method can be adopted.
[0040]
4) A Y-directional wiring 73 is formed on the composite substrate 1 provided with the device electrodes 2 and 3. After forming a film using a vacuum deposition method or the like, a method using a photolithography technique or a method using a printing technique using a thick film method can be adopted (FIG. 3D).
[0041]
5) An interlayer insulating layer 9 is formed at a portion where the X-direction wiring and the Y-direction wiring intersect (not shown in FIG. 3).
[0042]
6) The X-direction wiring 72 is formed in the same manner as in 4) (FIG. 3E).
[0043]
7) An organometallic solution is applied to form an organometallic thin film. As the organometallic solution, a solution of an organometallic compound containing the metal of the material of the conductive thin film 4 as a main element can be used. The organic metal thin film is heated and baked, and is patterned by lift-off, etching, or the like to form a conductive thin film 4 (FIG. 4F). Here, the method of applying the organic metal solution has been described. The method of forming the thin film 4 is not limited to the above, but may be a vacuum evaporation method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a dispersion coating method, a dipping method, a spinner method, or a bubble-jet type inkjet ejecting apparatus. And the like.
[0044]
8) Subsequently, a forming step is performed. As an example of the method of the forming step, a method by an energization process will be described. When an electric current is applied between the X-directional wiring 72 and the Y-directional wiring 73 using a power supply (not shown), an electron emitting portion 5 having a changed structure is formed at the portion of the conductive thin film 4 (FIG. 4 (g)). )). The way of energizing the x-direction wiring 72 and the y-direction wiring 73 will be described later. According to the energization forming, a portion where the structure such as destruction, deformation or alteration is locally formed in the conductive thin film 4 is formed. This portion constitutes the electron emission section 5. FIG. 5 shows an example of the voltage waveform of the energization forming.
[0045]
The voltage waveform is preferably a pulse waveform. The method shown in FIG. 5A in which a pulse with a constant pulse height is applied as a constant voltage and the method shown in FIG. 5B in which a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value are used for this purpose. There is.
[0046]
T1 and T2 in FIG. 5A are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform. Usually, 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 surface conduction electron-emitting device configuration. 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.
[0047]
T1 and T2 in FIG. 5B can be the same as those shown in FIG. 5A. The peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) can be increased, for example, by about 0.1 V / step.
[0048]
The end of the energization forming process can be detected by applying a voltage that does not locally destroy or deform the conductive thin film 4 during the pulse interval T2, and measuring the current. For example, an element current flowing by applying a voltage of about 0.1 V is measured, and a resistance value is obtained. When a resistance of 1 MΩ or more per element is indicated, the energization forming is terminated.
[0049]
9) It is preferable to perform a process called an activation step on the device after the forming. The activation process is a process in which the device current If and the emission current Ie are significantly changed by this process. The activation step can be performed, for example, by repeatedly applying a pulse under an atmosphere containing a gas of an organic substance, similarly to the energization forming. This atmosphere can be formed by using an organic gas remaining in the atmosphere when the inside of the vacuum vessel is evacuated using, for example, an oil diffusion pump or a rotary pump, or once sufficiently evacuated by an ion pump or the like. It can also be obtained by introducing a gas of an appropriate organic substance into a vacuum. The preferable gas pressure of the organic substance at this time varies depending on the above-described application form, the shape of the vacuum vessel, the type of the organic substance, and the like, and is appropriately set according to the case. Examples of suitable organic substances include aliphatic hydrocarbons such as alkanes, alkenes, and alkynes, aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, amines, and organic acids such as phenol, carboxylic acid, and sulfonic acid. And specifically, C, methane, ethane, propane, etc. n H 2n + 2 C, such as saturated hydrocarbons, ethylene and propylene represented by n H 2n Unsaturated hydrocarbon, benzene, toluene, methanol, ethanol, formaldehyde, acetaldehyde, acetone, methyl ethyl ketone, methylamine, ethylamine, phenol, formic acid, acetic acid, propionic acid, etc., or a mixture thereof can be used. . By this treatment, carbon or a carbon compound is deposited on the device from the organic substance existing in the atmosphere, and the device current If and the emission current Ie are significantly changed.
[0050]
The end of the activation step is determined as appropriate while measuring the device current If and the emission current Ie. Note that the pulse width, pulse interval, pulse crest value, and the like are set as appropriate.
[0051]
Carbon and carbon compounds include, for example, graphite (including so-called HOPG, PG, and GC, HOPG is a crystal structure of almost perfect graphite, PG is a crystal having a crystal grain of about 200 ° and a crystal structure is slightly disordered, and GC is a crystal. Grains having a grain size of about 20 ° and disorder in the crystal structure are further increased), and amorphous carbon (indicating amorphous carbon and a mixture of amorphous carbon and the microcrystals of graphite). The range is preferably 50 nm or less, and more preferably 30 nm or less.
[0052]
10) 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 container. It is preferable to use a vacuum evacuation device that does not use oil so that the oil generated from the device does not affect the characteristics of the element. Specifically, a vacuum exhaust device such as a sorption pump or an ion pump can be used.
[0053]
In the activation step, when an oil diffusion pump or a rotary pump is used as an exhaust device and an organic gas derived from an oil component generated from the oil diffusion pump or the rotary pump is used, the partial pressure of this component needs to be suppressed as low as possible. The partial pressure of the organic component in the vacuum vessel is 1.3 × 10 3 at which the above-mentioned carbon and carbon compounds hardly newly deposit. -6 Pa or less, more preferably 1.3 × 10 -8 Pa or less is particularly preferred. Further, when the inside of the vacuum vessel is evacuated, it is preferable that the entire vacuum vessel is heated so that the organic substance molecules adsorbed on the inner wall of the vacuum vessel and the electron-emitting device are easily evacuated. The heating conditions at this time are desirably 80 to 250 ° C., preferably 150 ° C. or higher, and it is desirable to perform the treatment as long as possible. However, the present invention is not particularly limited to this condition, and the size and shape of the vacuum vessel, the configuration of the electron-emitting device, The conditions are appropriately selected according to the above conditions. The pressure in the vacuum vessel needs to be as low as possible. -5 Pa or less, more preferably 1.3 × 10 -6 Pa or less is particularly preferred.
[0054]
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 vacuum Even if it is slightly reduced, sufficiently stable characteristics can be maintained.
[0055]
By adopting such a vacuum atmosphere, the deposition of new carbon or a carbon compound can be suppressed, and H 2 O, O 2 Can be removed, and as a result, the element current If and the emission current Ie are stabilized.
[0056]
The basic characteristics of the electron source to which the present invention obtained through the above-described steps is applicable will be described. First, the characteristics of a single electron-emitting device that can constitute an electron source to which the present invention can be applied will be described with reference to FIGS.
[0057]
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a vacuum processing apparatus, and this vacuum processing apparatus also has a function as a measurement evaluation apparatus. 6, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. In FIG. 6, 55 is a vacuum vessel, and 56 is an exhaust pump. An electron source is provided in the vacuum vessel 55. That is, reference numeral 1 denotes a composite substrate constituting an electron source, which is composed of a substrate 6, a conductive layer 7, and an insulating layer 8. Reference numerals 2 and 3 denote device electrodes, 4 denotes a conductive thin film, and 5 denotes an electron emitting portion. 51 is a power supply for applying a device voltage Vf to the electron-emitting device, 50 is an ammeter for measuring a device current If flowing through the conductive thin film 4 between the device electrodes 2 and 3, and 54 is an electron-emitting portion of the device. An anode electrode for capturing the emission current Ie emitted from the anode. Reference numeral 53 denotes a high-voltage power supply for applying a voltage to the anode electrode 54, and reference numeral 52 denotes an ammeter for measuring an emission current Ie emitted from the electron emission section 5 of the device. As an example, the measurement can be performed with the voltage of the anode electrode 54 in the range of 1 kV to 10 kV and the distance H between the anode electrode 54 and the electron-emitting device in the range of 2 mm to 8 mm. The conductive layer 7 can be connected to a power supply (not shown), and can apply a voltage. In particular, the voltage applied to the conductive layer 7 can be a ground voltage. In this case, a power supply or the like for applying a voltage to the conductive layer 7 is not required, and this is particularly preferable. As described above, the thickness of the insulating layer 8 as the second layer is d1, the dielectric constant of the insulating layer is ε1, the distance between the surface conduction electron-emitting device and the anode 54 is d2, and the surface conduction electron-emitting device is When the dielectric constant between the anode and the anode 54 is ε2 and the anode applied voltage is V1, the following equation
V2 = V1 / (1+ (d2 × ε1) / (d1 × ε2))
By designing the value of V2 represented by the following equation to be equal to or less than the maximum value of the potential applied to the electron-emitting device, it is possible to particularly effectively suppress an increase in the surface potential.
[0058]
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 in a desired vacuum atmosphere can be performed. The exhaust pump 56 is composed of a normal high vacuum device system including a turbo pump and a rotary pump, and an ultrahigh vacuum device system including an ion pump and the like. The entire vacuum processing apparatus provided with the electron source substrate shown here can be heated to 250 ° C. by a heater (not shown). Therefore, when this vacuum processing apparatus is used, the steps after the above-described energization forming can also be performed.
[0059]
FIG. 7 is a diagram schematically showing the relationship between the emission current Ie, the device current If, and the device voltage Vf measured using the vacuum processing apparatus shown in FIG. In FIG. 7, 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.
[0060]
As is clear from FIG. 7, the surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied has three characteristic properties with respect to the emission current Ie.
[0061]
That is,
(I) In this device, the emission current Ie sharply increases when a device voltage higher than a certain voltage (referred to as a threshold voltage, Vth in FIG. 7) is applied, whereas when the device voltage is lower than the threshold voltage Vth, the emission current Ie decreases. Hardly detected. That is, it is a nonlinear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie.
[0062]
(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.
[0063]
(Iii) The emission charge captured by the anode electrode 54 depends on the time during which the device voltage Vf is applied. That is, the amount of charge captured by the anode electrode 54 can be controlled by the time during which the device voltage Vf is applied.
[0064]
As will be understood from the above description, the surface conduction electron-emitting device that can constitute the surface conduction electron-emitting device to which the present invention can be applied can easily control the electron emission characteristics according to the input signal. become. By utilizing this property, it is possible to apply to various fields such as an electron source and an image forming apparatus having a plurality of electron-emitting devices.
[0065]
In FIG. 7, 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.
[0066]
Next, an electron source or an image forming apparatus to which the present invention can be applied, in which a plurality of surface conduction electron-emitting devices are arranged on a substrate, will be described.
[0067]
Various arrangements of the electron-emitting devices can be adopted.
[0068]
As an example, each of a large number of electron-emitting devices arranged in parallel is connected at both ends, a large number of rows of electron-emitting devices are arranged (referred to as a row direction), and a direction perpendicular to the wiring (referred to as a column direction). There is a ladder-like arrangement in which electrons from the electron-emitting devices are controlled and driven by control electrodes (also called grids) arranged above the electron-emitting devices. Separately, a plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix in the X and Y directions, and one of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same row is commonly connected to a wiring in the X direction. One in which the other of the electrodes of a plurality of electron-emitting devices arranged in the same column is commonly connected to a wiring in the Y direction. This is a so-called simple matrix arrangement. First, the simple matrix arrangement will be described in detail below.
[0069]
The surface conduction electron-emitting device applicable to the present invention has characteristics (i) to (iii) as described above. That is, when the electron emission from the surface conduction electron-emitting device is equal to or higher than the threshold voltage, it can be controlled by the peak value and the width of the pulse voltage applied between the opposing device electrodes. On the other hand, when the voltage is equal to or lower than the threshold voltage, almost no emission occurs. 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 of the devices, a surface-conduction electron-emitting device is selected according to an input signal to emit electrons. You can control the quantity.
[0070]
Hereinafter, based on this principle, an electron source substrate obtained by disposing a plurality of electron-emitting devices to which the present invention can be applied will be described with reference to FIG. 8, reference numeral 71 denotes an electron source substrate, 72 denotes an X-direction wiring, and 73 denotes a Y-direction wiring. 74 is a surface conduction electron-emitting device, and 75 is a connection. The electron source substrate 71 includes the substrate 6, the conductive layer 7, the insulating layer 8, and the like in FIG.
[0071]
The m X-directional wirings 72 are made of Dx1, Dx2,..., Dxm, and 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. An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-directional wirings 72 and the n Y-directional wirings 73 to electrically separate them (m and n are both Positive integer).
[0072]
The interlayer insulating layer 8 (not shown) is formed of SiO 2 formed by a vacuum evaporation method, a printing method, a sputtering method, or the like. 2 Etc. 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. The material and manufacturing method are appropriately set. The X-direction wiring 72 and the Y-direction wiring 73 are led out as external terminals.
[0073]
A pair of electrodes (2 and 3 in FIG. 2) constituting the surface conduction 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. It is connected to the.
[0074]
The material forming the wiring 72 and the wiring 73, the material forming the connection 75, and the material forming the pair of device electrodes may have some or all of the same or different constituent elements. These materials are appropriately selected, for example, from the above-described materials for the device electrodes. When the material forming the element electrode and the wiring material are the same, the wiring connected to the element electrode can also be called an element electrode.
[0075]
A scanning signal applying unit (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the surface conduction electron-emitting devices 74 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 72. On the other hand, the Y-direction wiring 73 is connected to a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the surface conduction electron-emitting devices 74 arranged in the Y direction according to an input signal. 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.
[0076]
In the above configuration, individual elements can be selected and driven independently using simple matrix wiring.
[0077]
A ground voltage may be applied to the conductive layer 7 constituting the electron source substrate 71. However, in consideration of the capacitance ε1 determined by the material and the thickness of the insulating layer 8, it is necessary to obtain a desired surface potential. Voltage can also be applied. When the above-mentioned capacitance ε1 is large and it is difficult to obtain a desired driving voltage under a desired driving condition, the conductive layer 7 is mainly formed in a portion of the element surface facing the insulating surface, and the X-direction wiring 72 is formed. The conductive layer 7 may not be formed as much as possible in the portion facing the Y-directional wiring 73, the device electrodes 2 and 3, and the conductive thin film 4.
[0078]
An image forming apparatus configured using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIGS. 9, 10, and 11. FIG. FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus, and FIG. 10 is a schematic diagram of a fluorescent film used in the image forming apparatus of FIG. FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a driving circuit for performing display according to an NTSC television signal.
[0079]
9, 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 face on which a fluorescent film 84 and a metal back 85 are formed on the inner surface of a glass substrate 83; Plate. A support frame 82 has a rear plate 81 and a face plate 86 joined to the support frame 82 by using low melting point frit glass or the like.
[0080]
Reference numeral 74 denotes a surface conduction electron-emitting device. Reference numerals 72 and 73 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device.
[0081]
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 may be directly sealed to the substrate 71, and the envelope 88 may be configured by the face plate 86, the support frame 82, and the substrate 71. 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 can be formed.
[0082]
FIG. 10 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. It is to suppress a decrease in contrast due to light reflection. As the material of the black stripe, a material having conductivity and having little light transmission and reflection can be used in addition to a material mainly containing graphite which is generally used.
[0083]
As a method of applying the phosphor onto the glass substrate 83, a precipitation method, a printing method, or the like can be adopted regardless 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 improve the luminance by mirror-reflecting light toward the inner surface side of the phosphor emission toward the face plate 86 side, to act as an electrode for applying an electron beam acceleration voltage, The purpose is 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 treatment (usually called “filming”) on the inner surface of the fluorescent film after the fluorescent film is manufactured, and then depositing Al using vacuum evaporation or the like.
[0084]
The face plate 86 may be provided with a transparent electrode (not shown) on the outer surface side of the fluorescent film 84 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 84.
[0085]
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.
[0086]
An example of a method for manufacturing the image forming apparatus shown in FIG. 9 will be described below.
[0087]
FIG. 14 is a schematic view showing an outline of an apparatus used in this step. The image forming apparatus 131 is connected to a vacuum chamber 133 via an exhaust pipe 132, and is further connected to an exhaust apparatus 135 via a gate valve. The vacuum chamber 133 is provided with a pressure gauge 136, a quadrupole mass analyzer (Q-mass) 137, and the like in order to measure the internal pressure and the partial pressure of each component in the atmosphere. Since it is difficult to directly measure the pressure and the like inside the envelope 88 of the image display device 131, the pressure and the like inside the vacuum chamber 133 are measured to control the processing conditions.
[0088]
A gas introduction line 138 is connected to the vacuum chamber 133 to introduce necessary gas into the vacuum chamber to control the atmosphere. An introduction substance source 140 is connected to the other end of the gas introduction line 138, and the introduction substance is stored in an ampule or a cylinder. 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.
[0089]
The inside of the envelope 88 is evacuated by the apparatus shown in FIG. 14 to perform forming. At this time, for example, as shown in FIG. 15, the Y-direction wiring 73 is connected to the common electrode 141, and a voltage pulse is simultaneously applied by a power source 142 to an element connected to one of the X-direction wirings 72. Forming can be performed. Conditions such as the shape of the pulse and the determination of the end of the processing may be selected according to the method described above for the forming of the individual element. Also, by sequentially applying (scrolling) a pulse with a phase shifted to a plurality of X-direction wirings, it is possible to form elements connected to the plurality of X-direction wirings collectively. In the figure, reference numeral 143 denotes a current measuring resistor, and 144 denotes a current measuring oscilloscope.
[0090]
After the forming is completed, an activation step is performed. After sufficiently exhausting the inside of the envelope 88, the organic substance is introduced from the gas introduction line 138. Alternatively, as described in the method of activating the individual elements, first, the gas may be exhausted by an oil diffusion pump or a rotary pump, and the organic substance remaining in the vacuum atmosphere may be used. In addition, substances other than organic substances may be introduced as necessary. By applying a voltage to each electron-emitting device in an atmosphere containing an organic substance formed in this manner, carbon or a carbon compound, or a mixture of both, is deposited on the electron-emitting portion, and the amount of emitted electrons is drastic. Is similar to the case of the individual element. In this case, the voltage may be applied by simultaneously applying a voltage pulse to the elements connected to one direction wiring by the same connection as in the above-described forming.
[0091]
After the completion of the activation step, it is preferable to perform a stabilization step as in the case of the individual element.
[0092]
After heating the envelope 88 and keeping it at 80 to 250 ° C., the exhaust gas is exhausted through the exhaust pipe 132 by an exhaust device 135 that does not use oil, such as an ion pump or a sorption pump, to obtain an atmosphere containing a sufficiently small amount of organic substances. Then, the exhaust pipe 132 is heated and melted by a burner and sealed. To maintain the pressure after the envelope 88 is sealed, a getter process may be performed. This is because the getter arranged at a predetermined position (not shown) in the envelope 88 is heated by heating using resistance heating or high-frequency heating 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.
[0093]
Next, an example of the configuration of a driving 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. 11, 101 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 synchronizing signal separation circuit, 107 is a modulation signal generator, and Vx and Va are DC voltage sources.
[0094]
The display panel 101 is connected to an external electric circuit via terminals Dox1 to Doxm, terminals Doy1 to Doyn, and a high-voltage terminal Hv. Terminals Dox1 to Doxm are used to sequentially drive electron sources provided in the display panel, that is, a group of surface conduction electron-emitting devices arranged in a matrix of M rows and N columns, one row (N elements) at a time. Are applied.
[0095]
To the terminals Dy1 to Dyn, a modulation signal for controlling an output electron beam of each element of the surface conduction electron-emitting device 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 gives an electron beam emitted from the surface conduction electron-emitting device sufficient energy to excite the phosphor. This is the acceleration voltage for performing
[0096]
The scanning circuit 102 will be described. This circuit includes M switching elements inside (in the drawing, S1 to Sm 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 Dx1 to Dxm of the display panel 101. Each of the switching elements S1 to Sm outputs a control signal T output from the control circuit 103. SCAN , And can be configured by combining switching elements such as FETs, for example.
[0097]
In the case of the present embodiment, the DC voltage source Vx determines that the driving voltage applied to the unscanned element is equal to or lower than the electron emission threshold voltage based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the surface conduction electron emission element. It is set to output such a constant voltage.
[0098]
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. The control circuit 103 controls the synchronization signal T sent from the synchronization signal separation circuit 106. SYNC T for each part based on SCAN And T SFT And T MRY Are generated.
[0099]
The synchronization signal separation circuit 106 is a circuit for separating a synchronization signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside. The synchronizing signal separated by the synchronizing signal separating circuit 106 includes a vertical synchronizing signal and a horizontal synchronizing signal, but is shown here as a Tsync signal for convenience of explanation. The luminance signal component of the image separated from the television signal is referred to as a DATA signal for convenience. The DATA signal is input to the shift register 104.
[0100]
The shift register 104 is for serially / parallel-converting the DATA signal input serially in time series for each line of an image, and a control signal T sent from the control circuit 103. SFT (Ie, the control signal T SFT Is the shift clock of the shift register 104. ). Data of one line of an image (corresponding to drive data for N electron-emitting devices) that has been subjected to serial / parallel conversion is output from the shift register 104 as N parallel signals Id1 to Idn.
[0101]
The line memory 105 is a storage device for storing data for one line of an image for a necessary time only, and a control signal T sent from the control circuit 103. MRY , The contents of Id1 to Idn are stored as appropriate. The stored contents are output as I'd1 to I'dn and input to the modulation signal generator 107.
[0102]
The modulation signal generator 107 is a signal source for appropriately driving and modulating each of the surface conduction electron-emitting devices in accordance with each of the image data I'd1 to I'dn. The voltage is applied to the surface conduction electron-emitting device in the display panel 101 through Doyn.
[0103]
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, electron emission has a clear threshold voltage Vth, and electron emission occurs only when a voltage equal to or 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 a pulse-like voltage is applied 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, the electron beam is emitted. Is output. At this time, the intensity of the output electron beam can be controlled by changing the peak value Vm of the pulse. Further, by changing the pulse width Pw, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam.
[0104]
Therefore, as a method of modulating the electron-emitting device in accordance with 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 the 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.
[0105]
When implementing the pulse width modulation method, the modulation signal generator 107 generates a voltage pulse having a constant peak value, and modulates the width of the voltage pulse appropriately according to input data. A circuit can be used.
[0106]
As the shift register 104 and the line memory 105, either a digital signal type or an analog signal type can be used. This is because the serial / parallel conversion and storage of the image signal may be performed at a predetermined speed.
[0107]
When the digital signal type is used, it is necessary to convert the output signal DATA of the synchronization 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 this connection, the circuit used for the modulation signal generator 107 is slightly different depending on whether the output signal of the line memory 105 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 voltage of the pulse-width-modulated signal output from the comparator to the drive voltage of the surface-conduction electron-emitting device can be added.
[0108]
In the case of a voltage modulation method using an analog signal, for example, an amplification circuit using an operational amplifier or the like can be employed as the modulation signal generator 107, and a level shift circuit or 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 adopted, and an amplifier for amplifying the voltage up to the driving voltage of the surface conduction electron-emitting device can be added if necessary.
[0109]
In the image display device to which the present invention can be applied, an electron emission is generated by applying a voltage to each of the electron-emitting devices via the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. 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.
[0110]
Next, the ladder-type arrangement of the electron source and the image forming apparatus will be described with reference to FIGS.
[0111]
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of an electron source having a ladder-type arrangement. In FIG. 12, reference numeral 110 denotes an electron source substrate, and 111 denotes an electron-emitting device. Note that the electron source substrate 110 includes the substrate 6, the conductive layer 7, the insulating layer 8, and the like. Dx1 to Dx10 indicated by 112 are common wirings for connecting the electron-emitting devices 111. A plurality of 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 these 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. As for the common wirings Dx2 to Dx9 between the element rows, for example, Dx2 and Dx3 can be the same wiring.
[0112]
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of a panel structure in an image forming apparatus including a ladder-type electron source. Reference numeral 120 denotes a grid electrode, 121 denotes a hole through which electrons pass, and 122 denotes an external terminal made of Dox1, Dox2,..., Doxm. Reference numeral 123 denotes an external terminal composed of G1, G2,..., Gn connected to the grid electrode 120. In FIG. 13, the same parts as those shown in FIGS. 9 and 12 are denoted by the same reference numerals as those shown in these figures. A major difference between the image forming apparatus shown here and the image forming apparatus having the simple matrix arrangement shown in FIG. 9 is whether or not the grid electrode 120 is provided between the electron source substrate 110 and the face plate 86.
[0113]
In FIG. 13, a grid electrode 120 is provided between the substrate 110 and the face plate 86. The grid electrode 120 is for modulating the electron beam emitted from the surface conduction electron-emitting device, and allows the electron beam to pass through a stripe-shaped electrode provided orthogonal to the ladder-type element row. One circular opening 121 is provided for each element. 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 the form of a mesh as openings, and a grid may be provided around or near the surface conduction electron-emitting device.
[0114]
The outer container terminal 122 and the grid outer terminal 123 are electrically connected to a control circuit (not shown).
[0115]
In the image forming apparatus of this 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. Thus, irradiation of each electron beam to the phosphor can be controlled, and an image can be displayed line by line.
[0116]
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. As for the input signal, the NTSC method has been described, but the input signal is not limited to this. For example, a PAL, SECAM method, or other TV signal (for example, high-definition TV) comprising a larger number of scanning lines may be used. Can also be adopted.
[0117]
In addition, the image forming apparatus described here may 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 configured using a photosensitive drum or the like. Can be used.
[0118]
The electron source and the image forming apparatus of the present invention are characterized by having a conductive layer 7 and an insulating layer 8, which is provided between the conductive layer 7 determined by the material and thickness of the insulating layer 8 and the element forming surface. The purpose is to specify the capacitance. Accordingly, when a common voltage is applied to each electron-emitting device to the conductive layer 7 with respect to the voltage applied to the anode electrode 54, it is possible to define the surface potential of each element formation surface. Become. That is, in the electron source of the present invention, not only the trajectory of the emitted electrons is stable, but also the electron source can be driven stably for a long time. More specifically, it is possible to suppress a rise in the surface potential of the element portion and a discharge phenomenon caused when a difference is easily generated in the surface potential between the elements.
[0119]
In the electron source of the present invention, when the voltage applied to the conductive layer 7 as the first layer is a ground voltage, the thickness of the insulating layer as the second layer is d1, the dielectric constant of the insulating layer is ε1, When the distance between the surface conduction electron-emitting device and the anode is d2, the dielectric constant between the surface conduction electron-emitting device and the anode is ε2, and the voltage applied to the anode is V1, the following expression is used.
V2 = V1 / (1+ (d2 × ε1) / (d1 × ε2))
When the value of the voltage V2 represented by the following expression is equal to or less than the driving voltage, it is possible to drive stably especially for a long time, and at the same time, it is possible to effectively perform a discharge that easily occurs when the voltage applied to the anode is increasing. Can be suppressed. The value of the voltage V2 represents the surface potential of the element type surface calculated from the capacitance division, and can be variously changed by controlling the above-described d2, d1, and ε1. It should be noted that ε2 is approximately represented by a dielectric constant in a vacuum, and it is difficult to control ε2.
[0120]
For example, the voltage applied to the conductive layer 7 is the ground voltage, the driving voltage is 20 V, the distance between the anode 54 and the substrate 1 is 5 mm, the dielectric constant ε1 of the insulating layer 8 and the dielectric constant ε2 between the anode 54 and the substrate 1 When the ratio ε1 / ε2 is 5, by setting the thickness of the insulating layer 8 to about 0.05 mm or less, the anode applied voltage is 10 kV or less, and the rise of the surface potential can be suppressed to the drive voltage or less. is there. As can be seen from this, if a conductive layer is formed on the back surface of the substrate having a relative dielectric constant of about 5 and a ground voltage is applied to the conductive layer, the thickness of the substrate is reduced to about 0.05 mm or less. And it becomes very difficult to obtain sufficient strength in response to the increase in area.
[0121]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples, and the replacement and design of each element within a range where the object of the present invention is achieved. Includes any changes made.
[0122]
[Example 1]
A method for manufacturing an electron source using a surface conduction electron-emitting device will be described with reference to FIGS.
[0123]
1) The glass substrate 6 is washed. The substrate uses blue plate glass.
[0124]
2) forming the conductive layer 7; The conductive layer 7 is composed of 0.01 μm of Cr / 0.3 μm of Cu / 0.01 μm of Cr, and is formed by a vacuum evaporation method.
[0125]
3) forming the insulating layer 8; The insulating layer 8 is formed by forming a PSG film having a phosphorus concentration of 6% by weight with a thickness of 2 μm. A CVD method is used for the formation. In order to obtain a terminal for applying a voltage to the conductive layer 7, hydrofluoric acid is dropped on the insulating layer 8 to form a portion where the conductive layer 7 is exposed (not shown) at the end of the substrate. The area of this exposed part is about one square centimeter.
[0126]
4) Form device electrodes 2 and 3. A thick film printing method is used as a film forming method. The thick film paste material used here is MOD paste (DU-2110, manufactured by Noritake Co., Ltd.), and the metal component is gold. The printing method is a screen printing method. After printing, drying is performed at 110 ° C. for 20 minutes, and then main firing is performed. The firing temperature is 580 ° C. and the peak retention time is about 8 minutes. The film thickness after printing and baking is 0.3 μm. The distance between the device electrodes is 50 μm.
[0127]
5) Next, the Y-direction wiring 73 is formed. A thick screen printing method is used. The paste material is Noritake Co., Ltd. product (NP-4028A), and the metal component is silver. Firing is the same as in 2). The Y-direction wiring is connected to one side of the element electrode 3.
[0128]
6) Next, an interlayer insulating layer (not shown) is formed. A thick screen printing method is used. The paste material used is a mixture of PbO as a main component and a glass binder. Firing is the same as in 2). The X-direction wiring 72 and the element electrode 2 are connected.
[0129]
7) Next, the X direction wiring 72 is formed in the same procedure as the Y direction wiring 73. Part of the X-direction wiring 72 is connected to the element electrode 2.
[0130]
8) Next, the conductive thin film 4 is formed. The organic palladium-containing solution is applied to a width of 200 μm by using a bubble jet type inkjet ejecting apparatus. A heat treatment is performed at 300 ° C. for 10 minutes to obtain a fine particle film composed of fine palladium oxide particles.
[0131]
The composite substrate 1 having the conductive layer 7 and the insulating layer 8 formed on the glass substrate 6 by the above steps, the X-directional wiring 72, the interlayer insulating layer (not shown), the Y-directional wiring 73, the device electrodes 2 and 3, the electron emitting portion The forming thin film 4 and the like are formed.
[0132]
Using the electron source substrate thus manufactured, an envelope 88 is formed by the face plate 86, the support frame 82, and the rear plate 81 as described above, and sealing is performed to produce a display panel.
[0133]
The inside of the envelope 88 is evacuated to a pressure of 1.3 × 10 -4 After the pressure is reduced to Pa or less, the above-described forming process is performed by setting the Y-direction wiring 73 to the ground potential and applying a triangular wave pulse to each of the X-direction wirings 72. As shown in FIG. 5B, the waveform of the triangular wave pulse has a gradually increasing peak value, and has a pulse width T1 = 1 msec. And a pulse interval of 10 msec. And
[0134]
Subsequently, an activation step is performed. Acetone is introduced into the envelope 88, and the pressure is set to 1.3 × 10 -1 Pa, and a rectangular wave pulse having a peak value of 16 V is applied to each X-direction wiring in the same manner as described above.
[0135]
Subsequently, air was exhausted while heating the envelope 88, and the pressure was increased to 1.3 × 10 3. -5 After the pressure is reduced to Pa or less, the exhaust pipe is heated and welded by a burner, sealing is performed, and a getter (not shown) is heated by high frequency to perform a getter process.
[0136]
In this display panel, the distance d2 between the anode 54 and the substrate 1 is 5 mm, the thickness d1 of the insulating layer is 2 μm, and the ratio ε1 / ε2 of the dielectric constant ε1 of the insulating layer and the dielectric constant ε2 between the anode and the substrate is about 5 μm. And
V2 = V1 / (1+ (d2 × ε1) / (d1 × ε2))
Is given by V2 = V1 / 12501. The voltage V1 is a voltage applied to the anode 54. Further, an image forming apparatus having a drive circuit for performing a television system based on an NTSC television signal as shown in FIG. 11 is manufactured.
[0137]
In order to confirm the presence / absence of discharge in the image forming apparatus manufactured by the above method over a long period of time, an experiment was conducted in which a current suddenly flowing through the anode electrode 54 when a discharge occurred was measured. The measurement conditions are described below.
[0138]
1) The voltage V1 applied to the anode 54 was increased at 10 kV and 2 kV per second. The driving voltage of the electron-emitting device 74 was set to 16V. That is, rectangular wave pulses having peak values of +8 V and -8 V were applied to wirings in the X and Y directions corresponding to the elements to be made to emit electrons. At this time, the voltage V2 was about 0.8 V, which was smaller than the potential 8 V on the positive electrode side.
[0139]
2) A ground voltage shared with the ground of the high-voltage power supply was applied to the conductive layer 7. That is, a voltage that does not fluctuate with time was applied to the conductive layer 7.
[0140]
3) The driving conditions were such that the driving voltage and the pulse width were the same for each element. That is, the condition is such that the current value flowing through the anode 54 has little variation over time.
[0141]
4) When a value twice the current value constantly flowing through the anode 54 is set as a trigger level, and a current suddenly exceeds the above trigger level due to discharge and subsequently attenuates to a current value below the trigger level. Then, it was assumed that discharge occurred. It should be noted that, at the time of discharge, light emission of the phosphor may be observed at the discharge location, but the above-described measurement method was sufficient. According to the above-described measuring method, the number of times of discharge can be measured for a long time.
[0142]
When the above measurement was performed for 200 hours, no discharge was observed. From this, it is understood that the electron source and the image forming apparatus of the present invention are extremely effective in suppressing discharge.
[0143]
Next, when various drive signals were input in order to evaluate the image, the electron-emitting device electron source substrate, display panel, and image forming apparatus manufactured by the manufacturing method of the above-described embodiment showed that the pixel was not disordered. No stable images were obtained.
[0144]
[Comparative Example 1]
In Example 1, steps 2) and 3) were not performed, that is, an element was formed directly on the glass substrate 6, and a discharge measurement experiment similar to that performed in Example 1 was performed. Note that a glass substrate having a relative dielectric constant of about 5 and a thickness of 2 mm was adopted, and the glass substrate was arranged such that the back surface of the element forming surface of the glass substrate was at the ground potential. When the same driving voltage and anode applied voltage as in Example 1 were applied for 200 hours, eight discharges were measured. Subsequently, when various drive signals were input in order to evaluate an image, the electron source, the display panel, and the image forming apparatus manufactured by the manufacturing method of Comparative Example 1 showed an unclear display which is considered to be caused by discharge. Part was confirmed.
[0145]
[Example 2]
In Example 1, the following steps 2) 'and 3)' were performed instead of steps 2) and 3). Other steps are the same as in the first embodiment.
[0146]
2) 'The conductive layer 7 is formed in the shape shown in FIG. The conductive layer 7 is composed of 0.01 μm of Cr / 0.3 μm of Cu / 0.01 μm of Cr, and uses a vacuum deposition method for film formation. Note that in order to obtain the shape shown in FIG. 2, a resist is applied before film formation, patterning is performed using a photolithography technique to obtain a desired shape, and lift-off is performed after film formation. It should be noted that C and C 'in FIG. 2 are later aligned so as to coincide with B and B' in FIG. 1 when viewed from a direction perpendicular to the substrate.
[0147]
3) ′ Form the insulating layer 8. The insulating layer 8 is formed by forming a PSG film having a phosphorus concentration of 6% by weight at 1 μm. A CVD method was used as a forming method.
[0148]
Using the electron source substrate thus manufactured, an envelope 88 is formed by the face plate 86, the support frame 82, and the rear plate 81 as described above, and the display panel is further sealed by performing sealing as shown in FIG. An image forming apparatus having a drive circuit for performing television display based on such NTSC television signals was manufactured. In this display panel, the distance d2 between the anode and the substrate is 5 mm, the thickness d1 of the insulating layer is 1 μm, and the ratio ε1 / ε2 between the dielectric constant ε1 of the insulating layer and the dielectric constant ε2 between the anode and the substrate is about 5. ,
V2 = V1 / (1+ (d2 × ε1) / (d1 × ε2))
Is V2 = V1 / 25001. The voltage V1 is a voltage applied to the anode.
[0149]
First, in the same manner as in Example 1, in order to confirm the presence / absence of discharge for a long period of time, an experiment was conducted for 200 hours in which the current suddenly flowing to the anode electrode when a discharge occurred was measured. The experimental conditions were the same as in Example 1, and as a result, no discharge was observed.
[0150]
Next, when various driving signals were input to evaluate the image, the electron source substrate, the display panel, and the image forming apparatus manufactured by the manufacturing method of the present embodiment described above were stable without pixel disorder. An image was obtained.
[0151]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electron emission element electron source substrate, a display panel, and an image forming apparatus in which discharge is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view and a cross-sectional view showing a configuration of an electron source using a surface conduction electron-emitting device according to an embodiment and an example of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a conductive layer formed on a substrate according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a first half of an example of a method for manufacturing a surface conduction electron-emitting device according to an embodiment and an example of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a latter half of an example of a method for manufacturing a surface conduction electron-emitting device according to the embodiment and the example of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a voltage waveform in an energization forming process that can be employed in manufacturing the surface conduction electron-emitting device according to the embodiment and the example of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a vacuum processing apparatus having a measurement evaluation function.
FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the emission current Ie, the device current If, and the device voltage Vf for the surface conduction electron-emitting device according to the embodiment and the example of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an electron source arranged in a simple matrix according to the embodiment and the example of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus according to the embodiments and examples of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a fluorescent film.
FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a drive circuit for causing an image forming apparatus to perform display in accordance with an NTSC television signal.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of an electron source having a ladder arrangement according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic view of a vacuum evacuation apparatus for performing a forming and activating process of an image display device according to embodiments and examples of the present invention.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a connection method for forming and activating processes of the image forming apparatus according to the embodiment and the example of the present invention.
FIG. 16 is a schematic view showing an example of a conventional surface conduction electron-emitting device.
[Explanation of symbols]
1 Composite board
2,3 element electrode
4 Conductive thin film
5 Electron emission section
6 substrate
7 Conductive layer
8 Insulating layer
9 Interlayer insulation layer
50 Ammeter for measuring element current If flowing through conductive thin film 4 between element electrodes 2 and 3
51 Power supply for applying device voltage Vf to electron-emitting device
52 Ammeter for measuring an emission current Ie emitted from the electron emission section 5 of the element
53 High-voltage power supply for applying voltage to anode 54
54 Anode electrode for capturing emission current Ie emitted from the electron emission portion of the device
55 vacuum equipment
56 Exhaust pump
71 Electron source board
72 X direction wiring
73 Y direction wiring
74 surface conduction electron-emitting device
75 connections
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
101 Display panel
102 scanning circuit
103 control circuit
104 shift register
105 line memory
106 Synchronous signal separation circuit
107 Modulation signal generator
Vx and Va DC voltage source
110 electron source substrate
111 electron-emitting device
112 Dx1 to Dx10 are common wirings for wiring the electron-emitting devices.
120 grid electrode
Vacancy due to 121 electrons passing
122 Dox1, Dox2,... Doxm external terminal
123 G1, G2 connected to grid electrode 120
131 Image display device
132 exhaust pipe
133 vacuum chamber
134 Gate valve
135 Exhaust system
136 Pressure gauge
137 quadrupole mass spectrometer
138 Gas introduction line
139 Introduction amount control means
140 Source of Introduced Substance
141 common electrode
142 Power
143 Resistance for current measurement
144 oscilloscope

Claims (2)

複数の電子放出素子が配置された基板と、前記複数の電子放出素子の配置されたアノード電極を有する電子源において、前記基板と前記複数の電子放出素子との間には、グランド電位に規定された導電層と、当該導電層と前記複数の電子放出素子との間を絶縁する絶縁層とが配置されており、前記絶縁層は、当該絶縁層の表面の電位が前記電子放出素子に印加する電位の最大値以下となる厚さを有していることを特徴とする電子源。 A substrate having a plurality of electron-emitting elements are arranged, in the electron source having an anode electrode disposed on sides of the plurality of electron-emitting devices, between the substrate and the plurality of electron-emitting devices, the ground a conductive layer which is defined potential, is arranged an insulating layer which insulates between the conductive layer and the plurality of electron-emitting devices, the insulating layer, the potential of the surface of the insulating layer is the electron emission An electron source having a thickness that is equal to or less than a maximum value of a potential applied to an element . 請求項1に記載の電子源と画像形成部材とを有することを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising the electron source according to claim 1 and an image forming member.
JP25303698A 1998-09-07 1998-09-07 Electron source and image forming apparatus using the electron source Expired - Fee Related JP3548431B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25303698A JP3548431B2 (en) 1998-09-07 1998-09-07 Electron source and image forming apparatus using the electron source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25303698A JP3548431B2 (en) 1998-09-07 1998-09-07 Electron source and image forming apparatus using the electron source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000082380A JP2000082380A (en) 2000-03-21
JP3548431B2 true JP3548431B2 (en) 2004-07-28

Family

ID=17245594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25303698A Expired - Fee Related JP3548431B2 (en) 1998-09-07 1998-09-07 Electron source and image forming apparatus using the electron source

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3548431B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000082380A (en) 2000-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002358874A (en) Manufacturing method of electron source and image forming device
JP3559689B2 (en) Electron emitting element, electron source, image forming apparatus, and method of manufacturing them
JP3548431B2 (en) Electron source and image forming apparatus using the electron source
JP3372759B2 (en) Electron emitting element, electron source using the same, and method of manufacturing image forming apparatus
JP3294487B2 (en) Method of manufacturing electron-emitting device, and method of manufacturing electron source, display panel, and image forming apparatus using the same
JP3402891B2 (en) Electron source and display panel
JPH09293448A (en) Electron emitting element, electron source and image forming apparatus
JP3241599B2 (en) Electron emitting element, electron source substrate, electron source, display panel, and method of manufacturing image forming apparatus
JP2000021305A (en) Manufacture of image display device
JP3596844B2 (en) Electron-emitting device, method of manufacturing the same, electron source and image forming apparatus
JP2000195417A (en) Electron emission device, electron source, image forming apparatus and their manufacture
JP3524278B2 (en) Image forming device
JP3582761B2 (en) Organometallic compound for forming electron-emitting portion, and method for manufacturing electron-emitting device, electron source, and image forming apparatus
JP2000082384A (en) Electron emission element, electron source and image forming device and manufacture of electron emission element
JP3416377B2 (en) Electron emitting element, electron source, display panel, and method of manufacturing image forming apparatus
JPH09330676A (en) Electron emitting element, electron source, and image forming device
JPH1140044A (en) Electron emitting element, electron source, image display device, and manufacture thereof
JPH09330652A (en) Manufacture of electron emitting element, electron emitting element, and image forming device
JP2000021290A (en) Electron emission element, electron source, image forming device, and their manufacture
JP2000075832A (en) Image forming device
JPH10337900A (en) Manufacture of electron source and image forming apparatus
JPH11312461A (en) Manufacture of image forming device using electron source board and its manufacture
JP2000251668A (en) Electron emission element, electron source, image forming device, and manufacture of the electron emission element and the electron source
JPH09245623A (en) Manufacture of electron emitter, electron-source substrate, and image forming device
JP2000164118A (en) Surface transmissive electron emitting element, electron source, manufacture of image forming device and droplet imparting device used to manufacture it

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040202

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040316

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040416

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090423

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090423

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100423

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110423

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140423

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees