JPH1064406A - Electron-emitting element and image-forming device - Google Patents

Electron-emitting element and image-forming device

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JPH1064406A
JPH1064406A JP21352396A JP21352396A JPH1064406A JP H1064406 A JPH1064406 A JP H1064406A JP 21352396 A JP21352396 A JP 21352396A JP 21352396 A JP21352396 A JP 21352396A JP H1064406 A JPH1064406 A JP H1064406A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron
emitting
electrode
thin film
electrons
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP21352396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Matsutani
茂樹 松谷
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1064406A publication Critical patent/JPH1064406A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the electron-emitting element which enhances efficiency and employs a current quantity correction electrode capable of being easily manufactured, an electron source employing the electron-emitting elements, and the image-forming device wherein the aforesaid efficiency is so determined as to be the ratio of the quantity of electrons arriving at an anode to the quantity of electrons flowing between the emitting elements in the control of electrons emitted in the air by means of surface conductive type electron- emitting elements. SOLUTION: A thin film 14, including an electron-emitting part 16 acting as a resistor, is formed on the element electrodes 12 and 13 of a substrate 11. Electrons emitted from the electron-emitting part 16 by applying drive voltage Vf, follow a locus indicated by an arrow 17. An anode electrode 18 picks up the emitted electrons by means of high voltage Va. A current quantity correcting electrode 1 is formed of conductive thin films, and is floated electrically with respect to the electron-emitting part 16. At this time, since emitting current depends on the element voltage Vf, the quantity of electron emission is thereby controlled by the electrical signals of Vg and Vf.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源及びその応
用である表示装置等の画像形成装置に関し、特にその構
成を特徴とする表面伝導型電子放出素子、電子源及びそ
の応用である表示装置等の画像形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron source and an image forming apparatus such as a display device to which the electron source is applied, and more particularly to a surface conduction electron-emitting device characterized by its structure, an electron source and a display device to which the electron source is applied. And the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の2種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型(以下FE型と略す)、金属/絶縁層/金属
型(以下MIM型と略す)や表面伝導型電子放出素子等
がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron emitting devices, a thermionic electron source and a cold cathode electron source, are known. The cold cathode electron source includes a field emission type (hereinafter abbreviated as FE type), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter abbreviated as MIM type), and a surface conduction type electron emission element.

【0003】例えばFE型として、 W.P.Dyke & W.W.Do
lan,"Filed emission" Advances inElectronics & Elec
tron Physics 8 89 (1956)、或は C.A.Spindt,"Physica
l Properties of thin-film field emission cathodes
with molybdenium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)
等が提案されている。また、MIM型の例として、C.A.
Mead,"The tunnel-emission amplifier,J.Appl.Phys.32
646(1961)等が提案されている。更に、表面伝導型電子
放出素子(SCE型)の例として、M.I.Elinson,Radio
Eng. Electron Phys. 10(1965)等が提案されている。こ
のSCE型は、基板上に形成された小面積の薄膜に沿っ
て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。
[0003] For example, as the FE type, WPDyke & WWDo
lan, "Filed emission" Advances inElectronics & Elec
tron Physics 8 89 (1956) or CASpindt, "Physica
l Properties of thin-film field emission cathodes
with molybdenium cones ", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976)
Etc. have been proposed. As an example of the MIM type, CA
Mead, "The tunnel-emission amplifier, J.Appl.Phys.32
646 (1961) and the like have been proposed. Further, as an example of a surface conduction electron-emitting device (SCE type), MIElinson, Radio
Eng. Electron Phys. 10 (1965) and the like have been proposed. The SCE type utilizes a phenomenon in which an electron is emitted by flowing a current along a small-area thin film formed on a substrate.

【0004】この表面伝導型電子放出素子としては、前
記エリンソン等によるSnO2薄膜を用いたもの、Au
薄膜によるもの(G.Dittmer, Thin Solid Films 9 317
(1972))、In203/SnO2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。
As the surface conduction electron-emitting device, a device using a SnO2 thin film by Elinson et al.
By thin film (G. Dittmer, Thin Solid Films 9 317
(1972)), based on In203 / SnO2 thin film (M. Hartwell and
CGFonstad, IEEE Trans.ED Conf 519 (1975)), with carbon thin film (Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26,
No. 1, p. 22 (1983)).

【0005】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のM.ハートウェルの素子構成を
図17に示す。
As a typical device configuration of these surface conduction electron-emitting devices, the above-mentioned M.S. FIG. 17 shows the device configuration of the Hartwell.

【0006】図17は、従来例としての表面伝導型電子
放出素子の基本構成図である。
FIG. 17 is a basic configuration diagram of a surface conduction electron-emitting device as a conventional example.

【0007】図中、201は絶縁性基板である。202
は電子放出部形成用薄膜で、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、後述のフ
ォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部203
が形成される。204は電子放出部を含む薄膜と呼ぶこ
とにする。尚、図中のL1は、0.5〜1mm、W1は
略0.1mmで設定されている。
In FIG. 1, reference numeral 201 denotes an insulating substrate. 202
Denotes a thin film for forming an electron emitting portion, which is formed of a metal oxide thin film or the like formed by sputtering in an H-shaped pattern, and which is formed by an energizing process called forming described later.
Is formed. Reference numeral 204 denotes a thin film including an electron-emitting portion. In the figure, L1 is set at 0.5 to 1 mm, and W1 is set at approximately 0.1 mm.

【0008】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電子放出部形成用薄膜2
02を予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電
子放出部203を形成するのが一般的であった。即ち、
フォーミングとは、電子放出部形成用薄膜202の両端
に直流電圧或は非常にゆっくりとした昇電圧、例えば1
V/分程度を通電印加し、電子放出部形成用薄膜202
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203を形成することであ
る。尚、電子放出部203は、電子放出部形成用薄膜2
02の一部に亀裂が発生しており、その亀裂付近から電
子放出が行われる。以下、フォーミングにより形成した
電子放出部203を含む電子放出部形成用薄膜202
を、電子放出部を含む薄膜204と呼ぶ。前記のフォー
ミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、上述の電
子放出部を含む薄膜204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203より電子を放
出せしめるものである。
Conventionally, in these surface conduction electron-emitting devices, the electron-emitting portion forming thin film 2 is formed before electron emission.
In general, the electron-emitting portion 203 was previously formed by an energization process called forming. That is,
Forming is a process in which a DC voltage or a very slowly increasing voltage, for example, 1 volt, is applied across the electron emitting portion forming thin film 202.
A current of about V / min is applied, and the thin film 202 for forming an electron-emitting portion is applied.
Is locally destroyed, deformed, or altered to form an electron emission portion 203 in an electrically high-resistance state. The electron emitting portion 203 is formed of the thin film 2 for forming an electron emitting portion.
02 has a crack, and electrons are emitted from the vicinity of the crack. Hereinafter, an electron-emitting-portion-forming thin film 202 including an electron-emitting portion 203 formed by forming.
Is referred to as a thin film 204 including an electron-emitting portion. In the surface conduction type electron-emitting device that has been subjected to the above-described forming process, a voltage is applied to the thin film 204 including the above-described electron-emitting portion, and a current is caused to flow through the device to cause the electron-emitting portion 203 to emit electrons. .

【0009】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積にわたる多数
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。
The above-described surface conduction electron-emitting device has an advantage that a large number of devices can be arrayed over a large area because of its simple structure and easy manufacture. Therefore, various applications that make use of this feature are being studied. For example, a charged beam source, a display device, and the like can be given.

【0010】多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成
した例としては、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して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、特開平1
−031332)。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CR
Tに替わって普及してきたが、自発光型でないため、バ
ックライト等の背照光源を持たなければならない等の問
題点があり、自発光型の表示装置の開発が望まれてき
た。表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源より
放出された電子によって、可視光を発光せしめる蛍光体
とを組み合わせた表示装置である画像形成装置は、大画
面の装置でも比較的容易に製造でき、かつ表示品位の優
れた自発光型表示装置である(この例としてUSP5066883
が提案されている)。
As an example in which a large number of surface conduction electron-emitting devices are arranged and formed, an electron is formed by arranging surface conduction electron-emitting devices in parallel, arranging a large number of rows in which both ends of each device are wired and connected. Sources (for example, see
-031332). In particular, in image forming apparatuses such as display apparatuses, flat panel display apparatuses using liquid crystal have recently
Although it has become widespread in place of T, it is not a self-luminous type, and has problems such as having to have a back light source such as a backlight, and the development of a self-luminous type display device has been desired. An image forming apparatus, which is a display device that combines a phosphor that emits visible light with electrons emitted from an electron source having a large number of surface conduction electron-emitting devices, can be manufactured relatively easily even in a large-screen device. This is a self-luminous display device with excellent display quality (for example, USP5066883
Has been proposed).

【0011】従来、多数の表面伝導型電子放出素子によ
り構成された電子源より電子を放出し、蛍光体の発光を
させる素子の選択は、上述の多数の表面伝導型電子放出
素子を並列に配置し結線した配線(行方向配線と呼
ぶ)、行配線と直交する方向に(列方向と呼ぶ)、これ
らの電子源と蛍光体間の空間に設置された制御電極(グ
リッドと呼ぶ)と列方向配線への適当な駆動信号による
ものである(この例として、特開平1−283749等
に提案されている)。また、機密性を保つという目的か
ら、薄膜を使用した真空隔壁については既に発明されて
いる。(この例として、特開平6−28993が提案さ
れている)。
Conventionally, an element which emits electrons from an electron source constituted by a large number of surface conduction electron-emitting devices and emits light from a phosphor is selected by arranging the above-mentioned many surface conduction electron-emitting devices in parallel. In the direction perpendicular to the row wiring (called the column direction), the control electrode (called the grid) installed in the space between these electron sources and the phosphor and the column direction This is based on an appropriate drive signal to the wiring (as an example, this is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-2384749). For the purpose of maintaining confidentiality, a vacuum partition using a thin film has already been invented. (As an example of this, JP-A-6-28993 has been proposed).

【0012】放出電子は、電子の放出部近傍が強い電界
に支配されると、その電界に運動が支配され、電界の強
弱によって電子の運動を制御できる。従って、電子放出
部上方に電流量補正電極を配置し、それによって電子の
運動を制御する方法はよく知られている。それらの多く
はスピント型の電界放出素子であり、電流量補正電極に
よって、電界強度を高め、電界によって物質の表面のポ
テンシャルを歪め電子を放出しようとするものである。
When the emitted electrons are dominated by a strong electric field in the vicinity of the electron emission portion, the motion is controlled by the electric field, and the motion of the electrons can be controlled by the strength of the electric field. Therefore, a method of arranging a current amount correction electrode above an electron emitting portion and thereby controlling the movement of electrons is well known. Many of them are Spindt-type field emission devices, in which the electric field correction electrode is used to increase the electric field strength and to distort the potential on the surface of the substance by the electric field to emit electrons.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例において、電子放出素子は真空中で取り扱われる
が、この表面伝導型電子放出素子の真空中における電子
放出特性については殆ど明らかにされていない。
However, in the above-mentioned prior art, the electron-emitting device is handled in a vacuum, but the electron-emitting characteristics of the surface-conduction type electron-emitting device in a vacuum are hardly clarified. .

【0014】ここで、この状況を図18、図19を参照
してより詳しく説明する。
Here, this situation will be described in more detail with reference to FIGS.

【0015】図18は、従来例としての電子放出量制御
素子の説明図である。
FIG. 18 is an explanatory view of an electron emission amount control element as a conventional example.

【0016】図19は、従来例としての表面伝導型電子
放出素子の電位分布と電子軌道に関する説明図である。
表面伝導型電子放出素子を使用した電子放出装置におい
て、電子放出部と電子を引き上げる加速電極を図19の
ように配置し、真空中に置く。素子間に素子電圧Vf、
素子部と加速電極間にVaの電圧を印加する。Vfは約
10[V]のオーダーであり、Vaは約1[KV]オー
ダーである。このとき、図19に模式的に示したように
等電位面が形成される。図の縞もようが等電位面であ
る。太線は放出電子の軌道を示す。このとき、Vfの電
位に相当する電位面において、図に示すように、陽極で
ある薄膜204と交わる点xsが存在する。この点の周
りでは電界が淀むことから、この電界の特異点を淀み点
と呼ぶ。図19において淀み点の右方向においては電子
は上向きの力を得て、アノード206へと吸い上げら
れ、他方、素子の亀裂部と淀み点の間では下向きの力を
得て、電子は素子の陽極部に落とされることとなる。従
って、素子の亀裂近傍から射出された電子は、淀み点を
電子が越えられるか否かによって、アノード206へと
到達するか、素子陽極部に落ちるかが決定される。この
ように、淀み点xsは、表面伝導型素子を使用する際に
は重要な役割をする。
FIG. 19 is an explanatory diagram relating to a potential distribution and an electron trajectory of a conventional surface conduction electron-emitting device.
In an electron emission device using a surface conduction electron-emitting device, an electron emission portion and an acceleration electrode for pulling electrons are arranged as shown in FIG. 19 and placed in a vacuum. The element voltage Vf between the elements,
A voltage of Va is applied between the element portion and the acceleration electrode. Vf is on the order of about 10 [V], and Va is on the order of about 1 [KV]. At this time, an equipotential surface is formed as schematically shown in FIG. The stripes in the figure are also equipotential surfaces. The bold line indicates the orbit of the emitted electrons. At this time, on the potential surface corresponding to the potential of Vf, as shown in the figure, there is a point xs that intersects with the thin film 204 as the anode. Since the electric field stagnates around this point, the singular point of this electric field is called a stagnation point. In the right direction of the stagnation point in FIG. 19, the electrons obtain an upward force and are sucked up to the anode 206, while on the other hand, between the crack portion of the device and the stagnation point, a downward force is obtained, and the electrons are applied to the anode of the device. Will be dropped. Therefore, whether the electrons emitted from the vicinity of the crack of the device reach the anode 206 or fall to the device anode portion is determined depending on whether the electrons can pass through the stagnation point. As described above, the stagnation point xs plays an important role when using a surface conduction element.

【0017】この淀み点xsの素子の亀裂中央からの位
置は、素子電圧をVf、アノードと素子間の電位差をV
a、距離をHとすれば、 xs=Vf×H/(π×Va) 式(1) で表わされる。淀み点xsの位置が小さい程、電子は淀
み点の外へと脱出できることとなり、アノード206へ
電子が到達できることとなる。従って、素子間を流れる
電流量に対して、電子の放出量を上げるためにはこのx
sを小さくすることが重要な鍵となる。
The position of the stagnation point xs from the center of the crack of the element is determined by determining the element voltage as Vf and the potential difference between the anode and the element as Vf.
a, if the distance is H, then xs = Vf × H / (π × Va). As the position of the stagnation point xs is smaller, the electrons can escape out of the stagnation point, and the electrons can reach the anode 206. Therefore, in order to increase the amount of emitted electrons with respect to the amount of current flowing between the elements, this x
Reducing s is an important key.

【0018】しかしながら、上述した従来の表面伝導型
電子放出素子においては、実用化にあたって、図19か
らも解るように電界分布は左右非対称なものとなる。電
子放出部の形状と加速電極の形状から決まる構造的な対
称性と比較してこの電界分布は非常に特徴的な性質を担
っており、この非対称性を反映して、電子は図19の太
線に描くような軌跡を描くこととなる。このように、電
子の軌道は非対称でかつ複雑であり、横方向の電場Vf
の変化に従ってその形状を大きく変える。従って、既に
放出された電子の方向はある種の分布をもっている。図
18に図示するような中央に空孔部をもったグリッド2
05があると、その空孔部と電子の軌跡との位置合わせ
は、一般には電界及び電流量補正電極の構成等に依存
し、電子光学的に複雑で、また電気的な仕様の変更或は
素子間のバラツキ、素子の経時変化を電気的に補正しよ
うとする際に障害となり、機敏な対応が取れなくなると
いう問題を含んでいる。更に、図18に図示するよう
に、中央に空孔部を持ったグリッド205は、グリッド
205と素子間の電界をグリッド205とアノード20
6間の電界よりも大きくすると、空孔部付近の電位分布
が下に凸となり、素子から射出された電子ビームは曲が
った電界分布による凹レンズの効果により広がることと
なり、アノード206に到達する際には、サブミリメー
タ程度の広がりを持つこととなる。
However, in the above-mentioned conventional surface conduction electron-emitting device, the electric field distribution becomes asymmetrical in the right-left direction in practical use as can be seen from FIG. Compared with the structural symmetry determined by the shape of the electron emitting portion and the shape of the accelerating electrode, this electric field distribution has a very characteristic property, and the electrons are reflected by the bold line in FIG. It will draw a trajectory like that drawn in. Thus, the trajectory of the electrons is asymmetric and complex, and the transverse electric field Vf
The shape changes drastically according to the change of. Thus, the direction of the already emitted electrons has a certain distribution. A grid 2 having a hole at the center as shown in FIG.
05, the position of the hole and the trajectory of the electron generally depends on the configuration of the electric field and current correction electrodes, and is electro-optically complicated. There is a problem in that it becomes a hindrance when trying to electrically compensate for variations between elements and changes over time of the elements, making it impossible to take agile measures. Further, as shown in FIG. 18, the grid 205 having a hole at the center is formed by applying an electric field between the grid 205 and the element to the grid 205 and the anode 20.
When the electric field is larger than the electric field between the electrodes 6, the potential distribution near the hole becomes convex downward, and the electron beam emitted from the element spreads due to the effect of the concave lens due to the bent electric field distribution. Will have a sub-millimeter spread.

【0019】そこで本発明は、表面伝導型電子放出素子
によって真空中に放出された電子の制御において、素子
間を流れる電流量に対するアノードへ到達する電子の量
を効率と呼び、この効率の向上及び製造が容易な電流量
補正電極を使用した電子放出素子と、それを用いた電子
源及び画像形成装置を提供することを目的とする。
Therefore, in the present invention, in controlling electrons emitted into a vacuum by a surface conduction electron-emitting device, the amount of electrons reaching the anode with respect to the amount of current flowing between the devices is referred to as efficiency. It is an object of the present invention to provide an electron-emitting device using a current-amount correction electrode that is easy to manufacture, and an electron source and an image forming apparatus using the same.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上述の目的は、以下の特
徴を有する電子放出素子により達成される。
The above object is achieved by an electron-emitting device having the following features.

【0021】即ち、基板上に形成された薄膜に電流を流
すことによりアノード電極に向かって電子を放出する電
子放出手段を備えた電子放出素子において、その放出さ
れた電子が透過する程度に薄い薄膜である電極に、電圧
を印加することを特徴とする。
That is, in an electron-emitting device provided with electron-emitting means for emitting electrons toward an anode electrode by passing a current through a thin film formed on a substrate, the thin film is thin enough to transmit the emitted electrons. And applying a voltage to the electrode.

【0022】前記薄膜である電極は、前記電子放出手段
から所定の距離だけ平行に前記アノード電極側に位置す
ることを特徴とする。
The thin-film electrode is positioned on the anode electrode side in parallel with the electron-emitting means by a predetermined distance.

【0023】また、前記基板上に形成された薄膜は、前
記基板上に所定の間隙を介して位置する2つの電極を跨
ぐように形成されていることを特徴とする。
Further, the thin film formed on the substrate is formed so as to straddle two electrodes located on the substrate with a predetermined gap therebetween.

【0024】更に、前記電子放出手段は、前記基板上に
所定の間隙を介して位置する2つの電極間に印加する電
圧を変化させることにより、前記電子の放出量を制御す
ることを特徴とする。
Further, the electron emitting means controls the amount of emitted electrons by changing a voltage applied between two electrodes located on the substrate with a predetermined gap therebetween. .

【0025】また、前記薄膜である電極に印加する電圧
を固定し、前記電子放出手段が放出する電子のうち、前
記薄膜である電極を透過する電子の透過率が5%以上と
なるように、前記薄膜である電極の厚さを定めたことを
特徴とする。
Further, the voltage applied to the thin-film electrode is fixed, and among the electrons emitted by the electron-emitting means, the transmittance of electrons passing through the thin-film electrode is 5% or more. The thickness of the electrode, which is the thin film, is determined.

【0026】更に、真空の雰囲気内に置かれていること
を特徴とする。
Further, it is characterized in that it is placed in a vacuum atmosphere.

【0027】更に、前記電子放出手段は、表面伝導型電
子放出素子であることを特徴とする。
Further, the electron emission means is a surface conduction electron emission element.

【0028】更に好ましくは、前記基板上に形成された
薄膜は、抵抗体である導電性微粒子であって、金属また
は金属酸化物により生成されていることを特徴とする。
More preferably, the thin film formed on the substrate is a conductive fine particle which is a resistor, and is formed of a metal or a metal oxide.

【0029】同目的は、以下の特徴を有する画像形成装
置により達成される。
The object is achieved by an image forming apparatus having the following features.

【0030】即ち、前述の電子放出素子を複数個使用し
たことを特徴とする。
That is, a feature is that a plurality of the above-described electron-emitting devices are used.

【0031】更に、互いに電気的に絶縁されたM本の横
方向配線と、N本の縦方向配線をマトリックス状に配置
し、その横方向配線及び縦方向配線によって前記基板上
に所定の間隙を介して位置する2つの電極と、前記薄膜
である電極とを生成したことを特徴とする。
Further, M horizontal wirings and N vertical wirings electrically insulated from each other are arranged in a matrix, and a predetermined gap is formed on the substrate by the horizontal wirings and the vertical wirings. And two electrodes that are located between the electrodes and the electrode that is the thin film.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0033】<共通の実施形態>はじめに、後述する各
実施形態に共通する部分の説明をする。
<Common Embodiment> First, a description will be given of parts common to the respective embodiments described later.

【0034】まず、本発明の原理について図1〜図3を
参照して説明する。
First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0035】図1は、本発明の実施形態としての電子放
出量制御素子の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an electron emission control device according to an embodiment of the present invention.

【0036】図2は、本発明の実施形態としての電子放
出量制御素子の電子放出部を上部及び側面図である。
FIG. 2 is a top view and a side view of an electron emission portion of the electron emission amount control element according to the embodiment of the present invention.

【0037】図3は、本発明の実施形態としての電子放
出素子の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【0038】各図において、11は基板、12、13は
素子電極であって、素子電極12、13上には、ある程
度の抵抗を有する電子放出部を含む薄膜14が形成され
ており、前述のフォーミング工程を経て亀裂15が形成
されている(13を陽極としている)。ここで、素子電
極12、13の間に駆動電圧Vfを印加することにより
電子放出部16から放出された電子は、図19に示した
ように淀み点近傍から矢印17で示す軌跡をたどること
になる。ここで、18はアノード電極であって、高電圧
Vaによって射出電子を引き上げる。1は、電流量補正
電極であって、導電性薄膜によって形成され、電子放出
部16に対して、電位Vgで電気的に浮いている。6と
7はそれぞれ絶縁層で、その高さhは数ミクロンメータ
である。図1に示すように、VgとVfの電気的信号に
よって電子放出量を制御することが可能である。実際に
使用する場合、Vf,Va,Vgがそれぞれ20V,1
kV,100V程度であり、基板11とアノード電極1
8の間隔Hが数mm程度であるので、射出電子が受ける
電界は基板に垂直方向で10の5乗V/mのオーダーと
なる。また、基板11と電流量補正電極1との間の距離
hは数ミクロンメータであるので基板に垂直方向で10
の7乗V/mのオーダーとなる。このため、電流量補正
電極1と基板11との間では、電子放出素子とアノード
電極18の電界よりも電子放出素子と電流量補正電極間
の電界分布が大きくなる。また、電流量補正電極と素子
間では電流量補正電極1が導電体であるため、シールド
された状態となり、電流量補正電極と基板の間では、電
子放出素子とアノード電極18との電界の影響は無視で
き、電子放出素子と電流量補正電極間の電界分布が支配
的になる。
In each figure, 11 is a substrate, 12 and 13 are device electrodes, and on the device electrodes 12 and 13, a thin film 14 including an electron-emitting portion having a certain resistance is formed. A crack 15 is formed through a forming step (13 is used as an anode). Here, the electrons emitted from the electron emitting portion 16 by applying the driving voltage Vf between the device electrodes 12 and 13 follow the trajectory indicated by the arrow 17 from the vicinity of the stagnation point as shown in FIG. Become. Here, reference numeral 18 denotes an anode electrode, which pulls out emitted electrons by the high voltage Va. Reference numeral 1 denotes a current correction electrode, which is formed of a conductive thin film and is electrically floating at a potential Vg with respect to the electron-emitting portion 16. Numerals 6 and 7 are insulating layers, each having a height h of several micrometers. As shown in FIG. 1, the amount of electron emission can be controlled by electric signals of Vg and Vf. In actual use, Vf, Va, and Vg are 20 V, 1
kV, about 100 V, the substrate 11 and the anode 1
Since the interval H of 8 is about several mm, the electric field applied to the emitted electrons is in the order of 10 5 V / m in the direction perpendicular to the substrate. Further, the distance h between the substrate 11 and the current correction electrode 1 is several micrometers, so that
Of the order of 7 / V / m. For this reason, between the current correction electrode 1 and the substrate 11, the electric field distribution between the electron emission element and the current correction electrode is larger than the electric field between the electron emission element and the anode electrode 18. Further, since the current correction electrode 1 is a conductor between the current correction electrode and the element, the current correction electrode 1 is in a shielded state, and between the current correction electrode and the substrate, the influence of the electric field between the electron-emitting device and the anode electrode 18 is exerted. Is negligible, and the electric field distribution between the electron-emitting device and the current correction electrode becomes dominant.

【0039】従って、前述の課題で述べた淀み点xsの
位置を表す式(1)は、 xs=Vf×h/(π×Vg) 式(2) と置き換えることが可能となり、かつ、この量は上記の
見積もりに従えば、式(1)のものよりも小さくなるこ
とが判る。このことにより、素子の陽極基板に落下吸収
される電子の量が減り、アノードに到達する電子の量が
大きくなる。即ち、効率が向上することとなる。
Therefore, the expression (1) representing the position of the stagnation point xs described in the above-mentioned problem can be replaced by the following expression: xs = Vf × h / (π × Vg) (2) According to the above estimation, it can be seen that is smaller than that of the equation (1). As a result, the amount of electrons dropped and absorbed by the anode substrate of the element decreases, and the amount of electrons reaching the anode increases. That is, the efficiency is improved.

【0040】次に電流量補正電極1の構成を述べる。図
1において電流量補正電極1の下方には、電子の軌道を
変化させるための空洞部があり、その下方に電子放出素
子が存在する。電流量補正電極は、電子を透過させる程
度の厚さをもっている。即ち、電流量補正電極の電圧V
gを100V程度にしているので、約100eVエネル
ギーを持った電子を透過させるのである。つまり、10
0eV程度のエネルギーを持った電子に対して平均自由
工程よりも薄い厚みを持つ薄膜であれば、電子は透過す
る。100eV程度の電子に対しては、オージェ効果に
よる非弾性散乱があり、平均自由工程は一般に短い。し
かしながら、そのオージェ電子の射出エネルギーは、原
子番号依存性を持つため、リチュームでは50eV程
度、ベリリウムでは、100eV程度であることが、ま
た、他の金属ではその射出エネルギーはより低いことが
知られている (Scanning Electorn Microscopy, Ludwin
g Reimer著 Springer-Verlag 1986年発行)。従って、
薄膜の材料としては、オージェ電子を励起(射出)しな
いことが望まれ、かつ導電性のあるものでなければなら
ない。そこで100eV以下の電子で加速することを念
頭にいれて、本発明では導電性薄膜としてベリリウムを
使用する。但し、薄膜の厚さによっては(特に、平均的
な膜厚ではなく、後述するように膜厚にバラツキがあっ
てもよいので、その最小の膜厚によっては)このような
オージェ効果を無視してもよい。その場合は、薄膜の材
料としては、導電性を持つことが重要であり、選択の幅
は広がる(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,RuO2,Pd−Ag等の金属、或は半導体でも
よい)。
Next, the configuration of the current correction electrode 1 will be described. In FIG. 1, a cavity for changing the trajectory of electrons is provided below the current amount correction electrode 1, and an electron-emitting device is provided below the cavity. The current correction electrode has a thickness that allows electrons to pass therethrough. That is, the voltage V of the current correction electrode
Since g is about 100 V, electrons having energy of about 100 eV are transmitted. That is, 10
For a thin film having a thickness smaller than the mean free path for electrons having an energy of about 0 eV, the electrons are transmitted. For electrons of about 100 eV, there is inelastic scattering due to the Auger effect, and the mean free path is generally short. However, since the emission energy of Auger electrons has an atomic number dependence, it is known that the emission energy is about 50 eV for lithium and about 100 eV for beryllium, and that the emission energy of other metals is lower. (Scanning Electorn Microscopy, Ludwin
g Reimer Springer-Verlag 1986). Therefore,
As a material of the thin film, it is desired not to excite (emit) Auger electrons, and the material must be conductive. Therefore, in consideration of acceleration with electrons of 100 eV or less, beryllium is used as the conductive thin film in the present invention. However, such an Auger effect is ignored depending on the thickness of the thin film (especially, not the average film thickness, but the film thickness may vary as described later, depending on the minimum film thickness). You may. In that case, it is important that the material of the thin film has conductivity, and the range of choice is wide (for example, Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt,
Metals or alloys such as Ti, Al, Cu, Pd and Pd,
Metals such as Ag, RuO2, and Pd-Ag, or semiconductors may be used).

【0041】電子の放出の軌跡を表す矢印17におい
て、電極13を陽極としているため、電子は陽極13に
引っ張られて、電流量補正電極1を通過する際により電
界の歪みの大きい部分である電流量補正電極1の先端方
向を通過するようになっている(図19参照)。従っ
て、空洞部8の形状において好ましい状態とするため、
図1の電子放出部16から絶縁層7までの空洞部の距離
X1は、電子放出部16から絶縁層6までの空洞部の距
離X2より短くしている。即ち、X1<X2である。
In the arrow 17 representing the trajectory of the emission of electrons, the electrode 13 is used as an anode, so that the electrons are pulled by the anode 13 and pass through the current correction electrode 1, which is a portion where the distortion of the electric field is larger. It passes through the tip of the amount correction electrode 1 (see FIG. 19). Therefore, in order to obtain a favorable state in the shape of the cavity 8,
The distance X1 of the cavity from the electron emitting portion 16 to the insulating layer 7 in FIG. 1 is shorter than the distance X2 of the cavity from the electron emitting portion 16 to the insulating layer 6. That is, X1 <X2.

【0042】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成について説明する。
The basic structure of the surface conduction electron-emitting device according to the present invention will be described.

【0043】基板11として、石英ガラス,Na等の不
純物の含有量を減少させたガラス、青板ガラス,青板ガ
ラスにスパッタ法等により形成したSiO2を積層した
ガラス基板等及びアルミナ等のセラミックス等があげら
れる。対向する素子電極12、13の材料としては導電
性を有するものであればどのようなものであっても構わ
ず、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,R
uO2,Pd−Ag等の金属或は金属酸化物とガラス等
から構成される印刷導体、In203−SnO2等の透
明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等が挙げ
られる。
Examples of the substrate 11 include quartz glass, glass in which the content of impurities such as Na is reduced, blue plate glass, a glass substrate obtained by laminating SiO2 on blue plate glass by sputtering or the like, and ceramics such as alumina. Can be The material of the opposing element electrodes 12 and 13 may be any material as long as it has conductivity. For example, Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti,
Metals or alloys such as Al, Cu, Pd and Pd, Ag, R
Examples include a printed conductor composed of a metal such as uO2, Pd-Ag or the like and a metal oxide and glass, a transparent conductor such as In203-SnO2, and a semiconductor conductor material such as polysilicon.

【0044】素子電極12及び13の間隔L(図2)
は、数百オングストロームより数百マイクロメートルで
ある。これらの値は、素子電極の製法の基本となるフォ
トリングラフィー技術、即ち、露光機の性能とエッチン
グ方法等、及び素子電極間に印加する電圧と電子放出し
得る電界強度等により設定されるが、好ましくは、数マ
イクロメートルより数十マイクロメートルである。素子
電極長さW1(図3)、素子電極12、13の膜厚d
は、電極の抵抗値、後述するX配線、Y配線との結線、
複数配置された電子源の配置上の問題より適宜設計さ
れ、通常は、素子電極長さW1は、数マイクロメートル
より数百マイクロメートルであり、素子電極12、13
の膜厚dは、数百オングストロームより数マイクロメー
トルである。素子電極12、13の上部に電子放出部形
成用薄膜(前述のようにフォーミング過程の後は電子放
出部を含む薄膜と呼ぶ)14、素子電極12、13を順
に積層構成した場合である。この電子放出部を含む薄膜
14の膜厚は、好ましくは、数オングストロームより数
千オングストロームで、特に好ましくは10オングスト
ロームより500オングストロームであり、素子電極1
2、13へのステップカバレージ、電子放出部16と素
子電極12、13間の抵抗値及び電子放出部16の導電
性微粒子の粒径、後述する通電処理条件等によって、適
宜設定される。その抵抗値は、10の3乗より10の7
乗オーム/□のシート抵抗値を示す。
The distance L between the device electrodes 12 and 13 (FIG. 2)
Is hundreds of micrometers to hundreds of angstroms. These values are set according to the photolithography technology, which is the basis of the method for manufacturing the device electrodes, that is, the performance of the exposure machine and the etching method, etc., and the voltage applied between the device electrodes and the electric field intensity capable of emitting electrons. , Preferably from several micrometers to several tens of micrometers. Device electrode length W1 (FIG. 3), film thickness d of device electrodes 12 and 13
Is the resistance value of the electrode, connection with X wiring and Y wiring described later,
It is appropriately designed in consideration of the arrangement problem of a plurality of arranged electron sources. Usually, the device electrode length W1 is several micrometers to several hundred micrometers, and the device electrodes 12 and 13 are used.
Has a film thickness d of several hundred angstroms to several micrometers. In this case, a thin film for forming an electron-emitting portion (hereinafter referred to as a thin film including an electron-emitting portion after the forming process) 14 and device electrodes 12 and 13 are sequentially stacked on the device electrodes 12 and 13. The thickness of the thin film 14 including the electron-emitting portion is preferably from several angstroms to several thousand angstroms, particularly preferably from 10 angstroms to 500 angstroms.
It is set as appropriate according to the step coverage for the electron emitters 2 and 13, the resistance between the electron emitter 16 and the element electrodes 12 and 13, the particle size of the conductive fine particles of the electron emitter 16, the energization processing conditions described later, and the like. Its resistance value is 10 7 than 10 3
Indicates the sheet resistance value of the square ohm / □.

【0045】電子放出部を含む薄膜14を構成する材料
の具体例を挙げるならば、Pd,Ru,Ag,Au,T
i,In,Cu,Cr,Fe,Zn,Sn,Ta,W,
Pb等の金属や、PdO,SnO2,In2O3,Pb
O,Sb2O3などの酸化物や、HfB2,ZrB2,
LaB6,CeB6,YB4,GdB4などの硼化物、
TiC,ZrC,HfC,TaC,SiC,WC等の炭
化物、TiN,ZrN,HfNなどの窒化物、Si,G
eなどの半導体、カーボン微粒子からなる。尚、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、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した
状態のみならず、微粒子が互いに隣接、或は重なり合っ
た状態(島状も含む)の膜を意味する。微粒子径は、数
オングストロームより数千オングストローム、好ましく
は、10オングストロームより200オングストローム
である。電子放出部16は、好ましくは、数オングスト
ロームより数百オングストロームであり、特に好ましく
は、10オングストロームより500オングストローム
の粒径の複数の導電性微粒子からなり、電子放出部を含
む薄膜14の膜厚及び後述する通電処理条件等の製法に
依存しており、適宜設定される。
Pd, Ru, Ag, Au, T, Pd, Ru, Ag
i, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W,
Metals such as Pb, PdO, SnO2, In2O3, Pb
Oxides such as O, Sb2O3, HfB2, ZrB2,
Borides such as LaB6, CeB6, YB4, GdB4,
Carbides such as TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, nitrides such as TiN, ZrN, HfN, Si, G
e, etc., and carbon fine particles. The fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and has a fine structure not only in a state in which the fine particles are individually dispersed and arranged, but also in a state in which the fine particles are adjacent to each other or overlapped (island shape). ). The particle size is from several Angstroms to several thousand Angstroms, preferably from 10 Angstroms to 200 Angstroms. The electron emitting portion 16 is preferably made of a plurality of conductive fine particles having a particle size of several Angstroms to several hundred Angstroms, particularly preferably 10 Angstroms to 500 Angstroms. It depends on the production method such as the energization processing conditions described later and is set as appropriate.

【0046】電子放出部16を構成する材料は、電子放
出部16を含む薄膜14を構成する材料の元素の一部或
は全てと同様の物である。電子放出素子の製造方法とし
ては様々な方法が考えられる。その一例を図4に示す。
The material forming the electron emitting portion 16 is similar to some or all of the elements of the material forming the thin film 14 including the electron emitting portion 16. Various methods can be considered as a method for manufacturing the electron-emitting device. An example is shown in FIG.

【0047】図4は、本発明の実施形態としての電子放
出量制御素子の製造工程を示す図である。
FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of the electron emission amount control element according to the embodiment of the present invention.

【0048】図中、14は、電子放出部形成用薄膜で例
えば微粒子膜が挙げられる。その他の番号は図1と同じ
ものに対応する。以下、電子放出部形成用薄膜順の製造
方法の説明を順番に説明する。
In the figure, reference numeral 14 denotes a thin film for forming an electron emitting portion, for example, a fine particle film. Other numbers correspond to those in FIG. Hereinafter, the description of the manufacturing method in the order of the thin film for forming the electron emitting portion will be sequentially described.

【0049】1)基板11を洗剤、純水及び有機溶剤に
より十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等により素
子電極材料を堆積後、フォトリングラフィー技術により
絶縁性基板11の面上に素子電極12、13を形成する
(図4(A))。
1) After sufficiently washing the substrate 11 with a detergent, pure water and an organic solvent, depositing an element electrode material by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like, and then depositing the element electrode on the surface of the insulating substrate 11 by photolithography. The electrodes 12 and 13 are formed (FIG. 4A).

【0050】2)絶縁性基板11上に設けられた素子電
極12と素子電極13との間に、素子電極12と13を
形成した絶縁性基板状に有機金属溶液を塗布して放置す
ることにより、有機金属薄膜を形成する。尚、有機金属
溶液とは、前述のPd,Ru,Ag,Au,Ti,I
n,Cu,Cr,Fe,Zn,Sn,Ta,W,Pb等
の金属を主元素とする有機化合物の溶液である。この
後、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、電子放出部形成用薄膜
14を形成する(図4(B))。尚、ここでは有機金属
溶液の塗布法により説明したが、これに限らず真空蒸着
法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディ
ッピング法、スピンナー法等によって形成してもよい。
2) An organic metal solution is applied between the device electrode 12 and the device electrode 13 provided on the insulating substrate 11 on the insulating substrate on which the device electrodes 12 and 13 are formed, and left standing. Then, an organic metal thin film is formed. Incidentally, the organic metal solution is the above-mentioned Pd, Ru, Ag, Au, Ti, I
This is a solution of an organic compound containing a metal such as n, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, or Pb as a main element. Thereafter, the organic metal thin film is heated and baked, and is patterned by lift-off, etching, or the like, thereby forming the electron-emitting-portion-forming thin film 14 (FIG. 4B). Here, the description has been given of the method of applying the organic metal solution. However, the present invention is not limited to this, and may be formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a dispersion coating method, a dipping method, a spinner method, or the like.

【0051】3)構成後において電流量補正電極1下部
の空洞部8に相当する部分をパターニングして、犠牲層
9を積層させ、その後、絶縁層6、7を堆積させ、電流
量補正電極部1としてのベリリウム薄膜をパターンニン
グしながら不図示の配線部と接続するように積層する。
本実施形態では、ベリリウム薄膜の厚みを数10nm程
度としている(図4(C))。上述の電流量補正電極部
が形成された後に犠牲層9をエッチングによって取り除
き、図4(D)の形状を得る。但し、この際、ベリリウ
ムも多少エッチングによって膜厚が変化する。そのた
め、エッチングの後において所望の厚さになるように、
上述の工程3)で積層するベリリウムの膜厚を決定して
おく。最終的な厚みは、電子が透過する部分で10nm
程度以下になるように制御しておく。
3) After the configuration, a portion corresponding to the cavity 8 below the current amount correction electrode 1 is patterned, a sacrifice layer 9 is laminated, and thereafter, insulating layers 6 and 7 are deposited to form a current amount correction electrode portion. The beryllium thin film as No. 1 is laminated so as to be connected to a wiring part (not shown) while patterning.
In the present embodiment, the thickness of the beryllium thin film is about several tens nm (FIG. 4C). After the above-described current correction electrode portion is formed, the sacrificial layer 9 is removed by etching to obtain the shape shown in FIG. However, at this time, the film thickness of beryllium also slightly changes due to etching. Therefore, so that the desired thickness after etching,
The film thickness of beryllium to be laminated in the above step 3) is determined in advance. The final thickness is 10 nm at the part where electrons pass.
It is controlled to be less than about.

【0052】4)つづいて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を素子電極12、13間に電圧を不図示の電源に
よりパルス状或は、昇電圧による通電処理がおこなわれ
ると、電子放出部形成用薄膜14の部位に構造変化した
電子放出部16が形成される(図4(D))。この通電
処理により電子放出部形成用薄膜14を局所的に破壊、
変形もしくは変質せしめ、構造の変化した部位を電子放
出部16と呼ぶ。先に説明したように、電子放出部16
は導電性微粒子で構成されていることを本出願人らは観
察している。
4) Subsequently, when an energizing process called forming is applied to the device electrodes 12 and 13 by applying a pulsed voltage or a rising voltage by a power supply (not shown) to the element electrodes 12 and 13, the electron emitting portion forming thin film 14 is formed. The electron emitting portion 16 whose structure has been changed is formed at the portion (FIG. 4D). This energization treatment locally destroys the electron-emitting-portion-forming thin film 14,
A portion that has been deformed or altered and has a changed structure is called an electron emitting portion 16. As described above, the electron emission portion 16
Applicants have observed that is composed of conductive fine particles.

【0053】フォーミング処理以降の電気的処理は、図
5に示す測定評価装置内で行なう。以下に測定評価装置
を説明する。
The electrical processing after the forming processing is performed in the measurement and evaluation apparatus shown in FIG. The measurement evaluation device will be described below.

【0054】図5は、本発明の実施形態としての測定評
価装置の概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a measurement and evaluation apparatus as an embodiment of the present invention.

【0055】図中、測定評価装置は、図1で示した構成
を有する素子の電子放出特性を測定するため装置であ
り、11は基体、12及び13は素子電極、14は電子
放出部を含む薄膜、16は電子放出部を示す。また、5
1は素子に素子電圧Vfを印加するための電源、52は
素子電極12、13間の電子放出部を含む薄膜14を流
れる素子電流Ifを測定するための電流計、18は素子
の電子放出部16より放出される放出電流Ieを捕捉す
るためのアノード電極、53はアノード電極18に電圧
を印加するための高圧電源、54は素子の電子放出部1
6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。電子の到達点を測定する際には、アノード電極
18をy軸(図3)方向に平行なすだれ状の電極に置き
換え、x軸方向の電子の到達点分布を計測した。また、
3次元的な電子の到達分布を測定する際にはメッシュ状
のアノード板の下方に蛍光板をおいて、蛍光体の輝度分
布として測定を行った。電源55は、電流量補正電極を
電気的に浮かせる為の電源で、電位を略100Vに保っ
ている。この電位を変動させることによって、放出電子
の量(Ie)を制御することも可能であることは言うま
でもない。この電流量補正電極に印加される電圧を制御
する制御部は、素子の近傍或は、装置の近傍に配置され
ている。上述した電子放出素子の素子電流If、放出電
流Ieの測定にあたっては、素子電極12、13に電源
51と電流計52とを接続し、電子放出素子の上方に電
源53と電流計54とを接続したアノード電極18を配
置している。尚、排気ポンプは、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
ンポンプからなる超高真空装置系からなる。また、真空
装置全体、及び電子源基板は、不図示のヒーターにより
200度まで加熱できる。また、アノード電極18の電
圧は、1kV程度、アノード電極18と電子放出素子1
6との距離Hは5mm程度で測定した。
In the figure, a measurement and evaluation device is a device for measuring the electron emission characteristics of the device having the structure shown in FIG. 1, 11 is a base, 12 and 13 are device electrodes, and 14 is an electron emission portion. The thin film 16 indicates an electron emitting portion. Also, 5
1 is a power supply for applying a device voltage Vf to the device, 52 is an ammeter for measuring a device current If flowing through the thin film 14 including an electron emission portion between the device electrodes 12 and 13, and 18 is an electron emission portion of the device. An anode electrode for capturing the emission current Ie emitted from the electrode 16, a high-voltage power supply 53 for applying a voltage to the anode electrode 18, and an electron emission portion 1 of the device
6 is an ammeter for measuring the emission current Ie emitted from the reference numeral 6. When measuring the electron arrival point, the anode electrode 18 was replaced with an interdigital electrode parallel to the y-axis (FIG. 3), and the electron arrival point distribution in the x-axis direction was measured. Also,
When measuring the three-dimensional electron distribution, a fluorescent plate was placed below the mesh-shaped anode plate, and the brightness distribution of the phosphor was measured. The power supply 55 is a power supply for electrically floating the current correction electrode, and keeps the potential at about 100V. It is needless to say that the amount of emitted electrons (Ie) can be controlled by changing the potential. A control unit for controlling the voltage applied to the current correction electrode is arranged near the element or near the device. In measuring the device current If and the emission current Ie of the electron-emitting device described above, the power supply 51 and the ammeter 52 are connected to the device electrodes 12 and 13, and the power supply 53 and the ammeter 54 are connected above the electron-emitting device. The arranged anode electrode 18 is arranged. The exhaust pump includes a normal high vacuum device system including a turbo pump and a rotary pump, and further includes an ultra-high vacuum device system including an ion pump. The entire vacuum apparatus and the electron source substrate can be heated up to 200 degrees by a heater (not shown). The voltage of the anode electrode 18 is about 1 kV, and the anode electrode 18 and the electron-emitting device 1
The distance H to 6 was measured at about 5 mm.

【0056】フォーミング処理は、パルス波高値を増加
させながら、電圧パルスを印加させた。ここで、パルス
波高値を増加させながら、電圧パルスを印加する際の電
圧波形を図6に示す。
In the forming process, a voltage pulse was applied while increasing the pulse peak value. Here, FIG. 6 shows a voltage waveform when a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value.

【0057】図6は、本発明の実施形態としての電子放
出量制御素子へ印加する電圧パルスを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing voltage pulses applied to the electron emission amount control element according to the embodiment of the present invention.

【0058】図中、T1及びT2は電圧波形のパルス幅
とパルス間隔であり、T1を1マイクロ秒〜10ミリ
秒、T2を10マイクロ秒〜100ミリ秒とし、三角波
の波高値(フォーミング時のピーク電圧)は、例えば
0.1Vステップ程度づつ、増加させ、10の-5乗to
rr程度の真空雰囲気下で印加した。尚、フォーミング
処理の終了は、パルス間隔T2中に電子放出部形成用薄
膜14を局所的に破壊、変形しない程度の電圧、例えば
0.1V程度の電圧で素子電流を測定し、抵抗値を求
め、例えば、1Mオーム以上の抵抗を示した時、フォー
ミング終了とした。この時の電圧を、フォーミング電圧
VFと呼ぶことにする。以上説明した電子放出部を形成
する際に、素子の電極間に三角波パルスを印加してフォ
ーミング処理を行なっているが、素子の電極間に印加す
る波形は三角波に限定することなく、矩形波など所望の
波形を用いても良く、その波高値及びパルス幅・パルス
間隔等についても上述値に限ることなく、電子放出部が
良好に形成される様に、電子放出素子の抵抗値等にあわ
せて所望の値を選択すればよい。
In the figure, T1 and T2 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform, T1 is 1 microsecond to 10 milliseconds, T2 is 10 microseconds to 100 milliseconds, and the peak value of the triangular wave (at the time of forming). The peak voltage is increased, for example, in steps of about 0.1 V, and 10 −5 to
It was applied under a vacuum atmosphere of about rr. The forming process is completed by measuring the element current at a voltage that does not locally destroy or deform the electron-emitting-portion-forming thin film 14 during the pulse interval T2, for example, a voltage of about 0.1 V, and calculating the resistance value. For example, when a resistance of 1 M ohm or more is indicated, the forming is terminated. The voltage at this time is called a forming voltage VF. When forming the electron-emitting portion described above, the forming process is performed by applying a triangular wave pulse between the electrodes of the device. However, the waveform applied between the electrodes of the device is not limited to the triangular wave, and may be a rectangular wave or the like. A desired waveform may be used, and the peak value, pulse width, pulse interval, and the like are not limited to the above-described values, and may be adjusted according to the resistance value of the electron-emitting device and the like so that the electron-emitting portion is formed well. A desired value may be selected.

【0059】5)次に、フォーミング終了した素子に活
性化処理と呼ぶ処理を好ましくは施す。活性化処理と
は、10の-4乗〜10の-5乗torr程度の真空度で、
フォーミング同様、パルス波高値を定電圧のパルスの印
加を繰りかえす処理のことを言い、真空中に存在する有
機物質から、炭素及び炭素化合物を堆積することで、素
子電流If、放出電流Ieを著しく変化させる処理であ
る。
5) Next, a process called an activation process is preferably performed on the formed element. The activation treatment is a degree of vacuum of about 10 −4 to 10 −5 torr,
Similar to forming, a process in which the pulse peak value is repeatedly applied with a constant voltage pulse, and the element current If and emission current Ie are significantly changed by depositing carbon and carbon compounds from an organic substance present in a vacuum. This is the process to make it.

【0060】素子電流Ifと放出電流Ieを測定しなが
ら、例えば、放出電流Ieが飽和した時点で、活性化処
理を終了する。素子電流If、放出電流Ieの活性化処
理における時間依存例を図7に示す。
While the device current If and the emission current Ie are being measured, for example, when the emission current Ie is saturated, the activation process ends. FIG. 7 shows a time-dependent example of the activation process of the element current If and the emission current Ie.

【0061】図7は、本発明の実施形態としての電子放
出量制御素子の活性化時間と素子特性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the activation time and the device characteristics of the electron emission amount control device according to the embodiment of the present invention.

【0062】活性化処理は、真空度、素子に印加するパ
ルス電圧等に依存して、この素子電流If,放出電流I
eの時間依存及びフォーミング処理によって、変形、変
質した薄膜の近傍に被膜の形成状態が変化する。活性化
処理では、フォーミングによって変形、変質せしめた部
分の一部より高電位側に炭素及び炭素化合物が堆積して
いる。一方、低電位側においては、わずかに堆積してい
る。更に高倍率で観察すると、微粒子の周囲及び周辺に
も堆積している。また、対向する素子電極間距離による
が、素子電極にも炭素及び炭素化合物が堆積する場合も
ある。その膜厚は、好ましくは、500オングストロー
ム以下、より好ましくは、300オングストローム以下
である。尚、ここで炭素及び炭素化合物とは、TEM,
ラマン等の結果、グラファイト(単、多結晶双方を指
す)非晶質カーボン(非晶質カーボン及び多結晶グラフ
ァイトとの混合物を指す)である。ここで、炭素及び炭
素化合物とは、TEM,ラマン等の結果、グラファイト
(単、多結晶双方を指す)非晶質カーボン(非晶質カー
ボン及び多結晶グラファイトとの混合物を指す)であ
る。
The activation process depends on the degree of vacuum, the pulse voltage applied to the device, and the like.
Due to the time dependence of e and the forming process, the state of formation of the film changes near the deformed and altered thin film. In the activation process, carbon and carbon compounds are deposited on a higher potential side than a part of the portion deformed and altered by forming. On the other hand, it is slightly deposited on the low potential side. When observed at a higher magnification, the particles are also deposited around and around the fine particles. Depending on the distance between the opposing device electrodes, carbon and carbon compounds may also be deposited on the device electrodes. The thickness is preferably 500 Å or less, more preferably 300 Å or less. Here, carbon and carbon compound are TEM,
The result of Raman et al. Is graphite (refers to both single and polycrystalline) amorphous carbon (refers to a mixture of amorphous carbon and polycrystalline graphite). Here, the carbon and the carbon compound are graphite (indicating both single and polycrystalline) and amorphous carbon (indicating a mixture of amorphous carbon and polycrystalline graphite) as a result of TEM, Raman and the like.

【0063】6)こうして作成した電子放出素子を活性
化処理した真空度より高い真空度の真空雰囲気にし駆動
する。また活性化処理した真空度より高い真空度の真空
雰囲気とは、約10の-6乗以上の真空度を有する真空度
であり、より好ましくは、超高真空系であり、炭素、及
び炭素化合物が新たに、ほぼ堆積しない真空度である。
従って、これ以上の炭素及び炭素化合物の堆積を制御す
ることが可能となり、素子電流If,放出電流Ieが一
定に安定する。
6) The thus-produced electron-emitting device is driven in a vacuum atmosphere having a degree of vacuum higher than the degree of vacuum subjected to the activation process. The vacuum atmosphere having a degree of vacuum higher than the degree of vacuum subjected to the activation treatment is a degree of vacuum having a degree of vacuum of about 10 −6 or more, more preferably an ultrahigh vacuum system, and carbon and carbon compounds. Is a new degree of vacuum at which almost no deposition occurs.
Therefore, it is possible to control the further deposition of carbon and carbon compounds, and the device current If and the emission current Ie are stabilized at a constant level.

【0064】上述の素子構成と製造方法とによって作成
された本発明の実施形態としての電子放出素子の基本特
性について図5、図8を参照して説明する。
The basic characteristics of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention produced by the above-described device configuration and manufacturing method will be described with reference to FIGS.

【0065】図8は、本発明の実施形態としての電子放
出量制御素子の素子特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing element characteristics of the electron emission amount control element according to the embodiment of the present invention.

【0066】図5に示した測定評価装置により測定され
た放出電流Ie及び素子電流Ifと素子電圧Vfの関係
の典型的な例を図8に示す。尚、図8は、放出電流Ie
は素子電流Ifに比べて著しく小さいので任意単位で示
されている。図8からも明らかなように、本電子放出素
子は放出電流Ieに対する以下の三つの特性を有する。
FIG. 8 shows a typical example of the relationship between the emission current Ie, the device current If, and the device voltage Vf measured by the measurement evaluation apparatus shown in FIG. FIG. 8 shows the emission current Ie.
Is significantly smaller than the element current If, and is shown in arbitrary units. As is clear from FIG. 8, the electron-emitting device has the following three characteristics with respect to the emission current Ie.

【0067】第一に本素子は、ある電圧(しきい値電圧
と呼ぶ、図8のVth)以上の素子電圧を印加すると急
激に放出電流Ieが増加し、一方しきい値電圧Vth以
下では放出電流Ieがほとんど検出されない。即ち、放
出電流Ieに対する明確なしきい値電圧Vthを持った
非線形素子である。第二に、放出電流Ieが素子電圧V
fに依存するため、放出電流Ieは素子電圧Vfで制御
できる。第三に、アノード電極18に捕捉される放出電
荷は、素子電圧Vfを印加する時間に依存する。即ち、
アノード電極18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。一方、素子電流If
は、素子電圧Vfに対して単調に増加する(MI特性と
呼ぶ)特性及び電圧制御型負性抵抗(VCNR特性と呼
ぶ)特性を示す場合がある。
First, in this device, the emission current Ie sharply increases when an element voltage higher than a certain voltage (referred to as a threshold voltage, Vth in FIG. 8) is applied, whereas the emission current Ie decreases below the threshold voltage Vth. Current Ie is hardly detected. That is, it is a nonlinear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie. Second, the emission current Ie is equal to the device voltage V
Since it depends on f, the emission current Ie can be controlled by the element voltage Vf. Third, the emission charge captured by the anode electrode 18 depends on the time during which the device voltage Vf is applied. That is,
The amount of charge captured by the anode electrode 18 is equal to the device voltage Vf
Can be controlled by the application time. On the other hand, the device current If
May exhibit a characteristic that monotonically increases with respect to the element voltage Vf (referred to as MI characteristic) and a voltage-controlled negative resistance (referred to as VCNR characteristic) characteristic.

【0068】以上のような表面伝導型電子放出素子の特
性、即ち、素子電流If、放出電流Ieの素子印加電圧
に対する単調増加特性を有するため、本発明にかかわる
電子放出素子は、多方面への応用が期待できる。
Since the surface conduction electron-emitting device has the above-described characteristics, that is, the device current If and the emission current Ie have a monotonically increasing characteristic with respect to the device applied voltage, the electron-emitting device according to the present invention can be used in various fields. Applications can be expected.

【0069】尚、あらかじめ導電性微粒子を分散して構
成した表面伝導型電子放出素子においては、前記本発明
の実施形態としての素子構成の基本的な製造方法のう
ち、一部を変更してもよい。以上、表面伝導型電子放出
素子の基本的な構成、製法について述べたが、本発明の
思想によれば、表面伝導型電子放出素子の特性における
3つの特徴を有すれば、上述の構成等に限定されず、後
述の電子源、表示装置等の画像形成装置に於ても適用で
きる。更に、本発明の電子放出量制御素子の思想に従え
ば、構成要素の機能の複合的作用が最も重要であり、電
子源部は、他の原理に従ったものでもよい。例えば、ス
ピントでも、MIM(金属/絶縁体/金属)素子でもよ
い。その場合、必ずしも電流量を補正する電極薄膜の下
部の空洞部は上記で述べたような非対称性を持たなくて
もよい。
In a surface conduction electron-emitting device in which conductive fine particles are dispersed in advance, even if a part of the basic manufacturing method of the device structure according to the embodiment of the present invention is changed. Good. The basic configuration and manufacturing method of the surface conduction electron-emitting device have been described above. According to the concept of the present invention, if the surface conduction electron-emitting device has three characteristics, The present invention is not limited thereto, and can be applied to an image forming apparatus such as an electron source and a display device described later. Furthermore, according to the concept of the electron emission amount control element of the present invention, the combined action of the functions of the constituent elements is the most important, and the electron source section may be based on another principle. For example, Spindt or MIM (metal / insulator / metal) elements may be used. In that case, the cavity below the electrode thin film for correcting the amount of current need not necessarily have the asymmetry as described above.

【0070】次に、本発明の実施形態としての電子源及
び画像形成装置について述べる。
Next, an electron source and an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

【0071】前述の電子放出素子を複数個、基板上に配
列することにより、電子源或は画像形成装置が構成でき
る。基板状の配列の方式には、例えば従来例で述べた多
数の表面伝導型電子放出素子を並列に配置し、個々の素
子の両端を配線にて結線する方法がある。この方法に
は、電子放出素子の行を多数配列し(行方向と呼ぶ)、
この配線と直交する方向に(列方向と呼ぶ)、電子源の
上方の空間に設置された制御電極(グリッドと呼ぶ)に
より電子を制御して駆動する配列法、及び次に述べるm
本のX方向配線の上にn本のY方向配線を、絶縁層を介
して設置し、表面伝導型電子放出素子、及び電流量補正
電極のそれぞれ一対の素子電極に、それぞれX方向配
線、Y方向配線を接続した配列法があげられる(以降、
単純マトリクス配置と呼ぶ)。単純マトリクスについて
以下に説明する。
By arranging a plurality of the aforementioned electron-emitting devices on a substrate, an electron source or an image forming apparatus can be constructed. As a substrate-type arrangement, for example, there is a method of arranging a large number of surface conduction electron-emitting devices in parallel and connecting both ends of each device by wiring as described in the conventional example. In this method, a large number of rows of electron-emitting devices are arranged (referred to as a row direction),
An array method in which electrons are controlled and driven by a control electrode (called a grid) provided in a space above the electron source in a direction orthogonal to the wiring (called a column direction), and m
On the X-directional wirings, n Y-directional wirings are provided via an insulating layer, and the X-directional wirings and the Y-directional wirings are respectively applied to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device and the current amount correction electrode. There is an array method that connects directional wiring (hereafter,
Called a simple matrix arrangement). The simple matrix will be described below.

【0072】前述の表面伝導型電子放出素子の3つの特
性によれば、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Vth以上では、対向する素子電極間
に印加するパルス状電圧の波高値と巾によって制御され
る。一方、しきい値電圧Vth以下では殆ど放出されな
い。従って、多数の電子放出素子を配置した場合におい
ても、個々の素子に上記の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、その電子放出量が制御出来ることとなる。以下この
原理に基づき構成した電子源となる基板の構成につい
て、図9を参照して説明する。
According to the above three characteristics of the surface conduction electron-emitting device, when the electron emitted from the surface conduction electron-emitting device is equal to or higher than the threshold voltage Vth, the pulse-like voltage applied between the opposing device electrodes is increased. Is controlled by the crest value and the width. On the other hand, it is hardly emitted below the threshold voltage Vth. Therefore, even when a large number of electron-emitting devices are arranged, if the pulse-like voltage is appropriately applied to each of the devices, a surface-conduction electron-emitting device is selected according to an input signal, and the amount of electron emission is controlled. You can do it. Hereinafter, the structure of a substrate serving as an electron source based on this principle will be described with reference to FIG.

【0073】図9は、本発明の実施形態としての電子源
である基板の構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a substrate as an electron source according to an embodiment of the present invention.

【0074】図中、m本のX方向配線102は、DX
1,DX2,..DXmからなり、絶縁性基板101上
に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成される。
また、X方向配線102は、所望のパターンとした導電
性金属等からなり、多数の表面伝導型素子及び電流量補
正電極にそれぞれほぼ均等な電圧が供給される様に、材
料、膜厚、配線巾が設定される。Y方向配線103は、
DY1,DY2..DYnのn本の配線からなり、X方
向配線102と同様に形成されている。これらm本のX
方向配線102とn本のY方向配線103間には、不図
示の層間絶縁層が設置され、電気的に分離された状態で
マトリクス配線を構成する(このm,nは、共に正の整
数)。不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、ス
パッタ法等で形成されたSiO2等であり、X方向配線
102を形成した絶縁性基板101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102とY方
向配線103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102と
Y方向配線103は、それぞれ外部端子として引き出さ
れている。更に、前述と同様にして、表面伝導型電子放
出素子104の対向する電極(不図示)と、電流量補正
電極の電極(不図示)が、m本のX方向配線102とn
本のY方向配線103と、真空蒸着法、印刷法、スパッ
タ法等で形成された導電性金属等からなる結線105、
及び106によって電気的に接続されているものであ
る。ここで、m本のX方向配線102とn本のY方向配
線103と結線105、及び配線106と対向する素子
電極の導電性金属は、その構成元素の一部或は全部が同
一であっても、またそれぞれ異なってもよく、Ni,C
r,Au,Mo,W,Pt,Ti,Al,Cu,Pd等
の金属或は合金及びPd,Ag,RuO2,Pd−Ag
等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成される印刷
導体、In203−SnO2等の透明導電体及びポリシ
リコン等の半導体導体材料等により適宜選択される。ま
た、表面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板101、或
は、不図示の絶縁層上どちらに形成してもよい。また、
X方向配線102は、奇数番目の配線を表面伝導型電子
放出素子104と、偶数番目を電流量補正電極と接続し
ている。Y方向配線103はすべて表面伝導型電子放出
素子104と接続している。
In the figure, m X-directional wires 102 are DX
1, DX2,. . DXm is formed on the insulating substrate 101 by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like.
The X-direction wiring 102 is made of a conductive metal or the like having a desired pattern, and is made of a material, a film thickness, and a wiring so that substantially equal voltages are respectively supplied to a large number of surface conduction elements and current correction electrodes. The width is set. The Y-direction wiring 103 is
DY1, DY2. . It is composed of n wirings DYn and is formed in the same manner as the X-directional wiring 102. These m X
An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the directional wiring 102 and the n Y-directional wirings 103 to form a matrix wiring in a state of being electrically separated (m and n are both positive integers). . The interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO2 or the like formed by a vacuum evaporation method, a printing method, a sputtering method, or the like, and has a desired shape on the entire surface or a part of the insulating substrate 101 on which the X-direction wiring 102 is formed. The thickness, material, and manufacturing method are appropriately set so as to be able to withstand the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 102 and the Y-direction wiring 103, in particular. The X-direction wiring 102 and the Y-direction wiring 103 are respectively drawn out as external terminals. Further, in the same manner as described above, the opposing electrode (not shown) of the surface conduction electron-emitting device 104 and the electrode (not shown) of the current amount correction electrode are connected to the m X-direction wirings 102 and n.
A Y-directional wiring 103, a connection 105 made of a conductive metal or the like formed by a vacuum evaporation method, a printing method, a sputtering method, or the like;
And 106 are electrically connected. Here, some or all of the constituent elements of the conductive metal of the element electrode facing the m X-directional wirings 102, the n Y-directional wirings 103, the connection 105, and the wiring 106 are the same. May also be different from each other, and Ni, C
metals or alloys such as r, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu, Pd and Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag
And a printed conductor composed of a metal or metal oxide and glass, a transparent conductor such as In203-SnO2, and a semiconductor conductor material such as polysilicon. The surface conduction electron-emitting device may be formed on either the insulating substrate 101 or an insulating layer (not shown). Also,
The X-direction wiring 102 connects the odd-numbered wiring to the surface conduction electron-emitting device 104 and the even-numbered wiring to the current-amount correction electrode. All the Y-direction wirings 103 are connected to the surface conduction electron-emitting device 104.

【0075】より詳しくは後述するが、X方向配線10
2の奇数部には、X方向配線102方向に配列する表面
伝導型電子放出素子104の行を、入力信号に応じて走
査するための走査信号を印加するための不図示の走査信
号印加手段が電気的に接続されている。一方、Y方向配
線103には、Y方向に配列する表面伝導型電子放出素
子104の列の各列を入力信号に応じて、変調するため
の変調信号を印加するための不図示の変調信号発生手段
が電気的に接続されている。更に、表面伝導型電子放出
素子の各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も
のである。また、X方向配線102の偶数部には、X方
向に配列する電流量補正電極薄膜を入力信号に応じて制
御する制御手段が電気的に接続されている。電子放出部
として表面伝導型電子放出素子を使用する場合、電子の
放出量に関する制御は、電流量補正電極の電位によって
制御する必要はない。電流量補正電極の電位は、本実施
形態では数分のオーダーでは一定とするが、電流量補正
電極の電位によって電子の放出量の制御を行い、そのこ
とにより画像信号に従って大きく輝度を変化させてもよ
い。本実施形態では、経時変化による電子放出部の全体
のバラツキを押さえるために使用しており、素子電流の
変化に従って、その電位を非常にゆっくりとした時間ス
ケール(数時間)で変化させている。
As will be described in more detail later, the X-direction wiring 10
In the odd-numbered part 2, scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for scanning a row of the surface conduction electron-emitting devices 104 arranged in the direction of the X-direction wiring 102 according to an input signal is provided. It is electrically connected. On the other hand, the Y-direction wiring 103 generates a modulation signal (not shown) for applying a modulation signal for modulating each of the rows of the surface conduction electron-emitting devices 104 arranged in the Y direction in accordance with an input signal. The means are electrically connected. Further, the driving voltage applied to each element of the surface conduction electron-emitting device is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the element. Further, control means for controlling the current amount correction electrode thin films arranged in the X direction in accordance with an input signal is electrically connected to the even-numbered portion of the X-direction wiring 102. When a surface conduction electron-emitting device is used as the electron-emitting portion, it is not necessary to control the amount of emitted electrons by controlling the potential of the current correction electrode. In the present embodiment, the potential of the current correction electrode is constant in the order of several minutes. However, the amount of emitted electrons is controlled by the potential of the current correction electrode, and thereby the luminance is greatly changed according to the image signal. Is also good. In the present embodiment, the potential is changed on a very slow time scale (several hours) in accordance with the change in the device current, in order to suppress the overall variation of the electron emission portion due to the change with time.

【0076】また、本実施形態では行なわなかったが、
個々の素子のバラツキを電流量補正電極の電圧で補正し
てもよい。その際には、画像信号の有無によらず、対応
する素子の電流量補正電極を所定の電位にすることによ
って、素子電位は素子のバラツキを無視した信号を送る
こととなる。
Although not performed in this embodiment,
The variation of each element may be corrected by the voltage of the current correction electrode. At this time, regardless of the presence or absence of an image signal, the current amount correction electrode of the corresponding element is set to a predetermined potential, so that the element potential sends a signal ignoring the variation of the element.

【0077】次に、以上のようにして作成した電子源を
用いた画像形成装置について図10及び図11を参照し
て説明する。
Next, an image forming apparatus using the electron source created as described above will be described with reference to FIGS.

【0078】図10は、本発明の実施形態としての画像
形成装置の基本構成図である。
FIG. 10 is a basic configuration diagram of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

【0079】図中、111は、上述のようにして電子放
出素子を作製した電子源基板、112は、電子源基板1
11を固定したリアプレート、113は、ガラス基板1
14の内面に蛍光膜115とメタルパック116等が形
成されたフェースプレート、117は支持枠であり、リ
アプレート112、支持枠117及びフェースプレート
113をフリットガラス等を塗布し、大気中或は窒素中
で、400〜500度で10分以上焼成することで付着
して外囲器118を構成する。119は、図1における
電子放出部に相当する。102、103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
とY方向配線である(図9と同様)。また、これら素子
電極への配線は、素子電極と配線材料が同一である場合
は、素子電極と呼ぶ場合もある。外囲器118は、上述
の如く、フェースプレート113、支持枠117、リア
プレート112で構成したが、リアプレート112は主
に基板111の強度を補強する目的で設けられるため、
基板111自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプ
レート112は不要であり、基板111に直接支持枠1
17を封着し、フェースプレート113、支持枠11
7、基板111にて外囲器118を構成してもよい。
In the drawing, reference numeral 111 denotes an electron source substrate on which an electron-emitting device is manufactured as described above, and 112 denotes an electron source substrate 1
11 is a rear plate on which the glass substrate 1 is fixed.
A face plate 117 having a fluorescent film 115, a metal pack 116, etc. formed on the inner surface of a support plate 117 is a support frame. The rear plate 112, the support frame 117, and the face plate 113 are coated with frit glass or the like, and are exposed to air or nitrogen. Inside, the envelope 118 is formed by baking at 400 to 500 degrees for 10 minutes or more to adhere. Reference numeral 119 corresponds to the electron emission unit in FIG. Reference numerals 102 and 103 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device (similar to FIG. 9). Further, the wiring to these device electrodes may be referred to as a device electrode when the material of the device electrode and the wiring material are the same. The envelope 118 includes the face plate 113, the support frame 117, and the rear plate 112 as described above. However, since the rear plate 112 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the substrate 111,
If the substrate 111 itself has sufficient strength, the separate rear plate 112 is unnecessary, and the support frame 1
17, the face plate 113, the support frame 11
7. The envelope 118 may be constituted by the substrate 111.

【0080】図11は、本発明の実施形態としての画像
形成装置の蛍光膜を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a fluorescent film of an image forming apparatus as an embodiment of the present invention.

【0081】図中、蛍光膜115は、モノクロームの場
合は蛍光体のみから成るが、カラーの蛍光膜の場合は、
蛍光体の配列により(a)ブラックストライプ、または
(b)ブラックマトリク等と呼ばれる黒色導電材121
と蛍光体122とで構成される。ブラックストライプま
たはブラックマトリクスが設けられる目的は、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、
そして蛍光膜115における外交反射によるコントラス
トの低下を抑制することである。ブラックストライプの
材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分と
する材料だけでなく、導電性があり、光の透過及び反射
が少ない材料であればこれに限るものではない。ガラス
基板114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、沈殿法や印刷法が用いられる。また、
蛍光膜115の内面側には通常メタルバック116が設
けられる。メタルバック116の目的は、次の通りであ
る。 ・蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート
113側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること ・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118内で発生した負イオンの衝突によるダメ
ージからの蛍光体の保護等である。このメタルバック1
16は、蛍光膜作製後、蛍光膜115の内面側の表面の
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を真空蒸着等で堆積することで作製できる。フ
ェースプレート113には、更に蛍光膜115の導電性
を高めるため、蛍光膜115の外面側に透明電極(不図
示)を設けてもよい。前述の封着を行う際、カラー表示
の場合は、各色の蛍光体と電子放出素子とを対応させな
くてはいけないため、十分な位置合わせを行なう必要が
ある。外囲器118は、不図示の排気管を通じ、10の
マイナス6乗トール程度の真空度にされて封止が行われ
る。尚、不図示の排気管を通じ、例えばロータリーポン
プ、ターボポンプをポンプ系とするような通常の真空装
置系で、10のマイナス6乗トール程度の真空度中で、
容器外の端子の奇数番目のDx1ないしDxmとDy1
ないしDynを通じ素子電極102、103間に電圧を
印加し、上述のフォーミングを行った後、活性化処理を
し、電子放出部119を形成し電子放出素子を作製し
た。その後、80度〜150度でベーキングを3〜15
時間行いながら、例えば、イオンポンプ等のポンプ系と
する超高真空装置系に切り替える。超高真空系の切り替
え、及びベーキングは、前述の表面伝導型電子放出素子
の素子電流If、放出電流Ieの単調増加特性(MI特
性)を満足させるためであり、その方法、条件は、これ
に限るものでない。また、外囲器118の封止後の真空
度を維持するために、ゲッター処理を行なう場合もあ
る。これは、外囲器118の封止を行なう直前或は封止
後に、抵抗加熱或は高周波加熱等の加熱等により、外囲
器188内の所定の位置(不図示)に配置されたゲッタ
ーを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッター
は、通常Ba等が主成分であり、蒸着膜の吸着作用によ
り、たとえば10のマイナス5乗ないしは10のマイナ
ス7乗Torrの真空度を維持するものである。
In the drawing, the fluorescent film 115 is composed of only a fluorescent substance in the case of a monochrome, but in the case of a color fluorescent film,
Depending on the arrangement of the phosphors, (a) a black conductive material 121 called a black stripe or (b) a black matrix or the like
And the phosphor 122. The purpose of providing a black stripe or a black matrix is to make color mixing and the like inconspicuous by blackening a painted portion between the phosphors of the three primary color phosphors required for color display,
Then, it is to suppress a decrease in contrast due to diplomatic reflection in the fluorescent film 115. The material of the black stripe is not limited to the commonly used material containing graphite as a main component, as long as it is conductive and has little light transmission and reflection. The method of applying the phosphor on the glass substrate 114 is monochrome,
A precipitation method or a printing method is used regardless of the color. Also,
Usually, a metal back 116 is provided on the inner surface side of the fluorescent film 115. The purpose of the metal back 116 is as follows.・ Improving the luminance by reflecting the light toward the inner surface side of the light emitted from the phosphor toward the face plate 113 side ・ Working as an electrode for applying an electron beam acceleration voltage ・ In the envelope 118 This is to protect the phosphor from damage caused by the collision of the generated negative ions. This metal back 1
No. 16 can be manufactured by performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the fluorescent film 115 after manufacturing the fluorescent film, and then depositing Al by vacuum evaporation or the like. The face plate 113 may be provided with a transparent electrode (not shown) on the outer surface side of the fluorescent film 115 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 115. When performing the above-described sealing, in the case of color display, it is necessary to make the phosphors of each color correspond to the electron-emitting devices, and thus it is necessary to perform sufficient alignment. The envelope 118 is sealed at a degree of vacuum of about 10 −6 Torr through an exhaust pipe (not shown). In addition, through an exhaust pipe (not shown), for example, in a normal vacuum system such as a rotary pump or a turbo pump as a pump system, in a degree of vacuum of about 10 −6 Torr,
Odd-numbered Dx1 to Dxm and Dy1 of terminals outside the container
A voltage was applied between the device electrodes 102 and 103 through Dyn to perform the above-described forming, and then an activation process was performed to form an electron emission portion 119 to manufacture an electron emission device. Then bake at 80-150 degrees for 3-15
While performing for a time, for example, the system is switched to an ultrahigh vacuum apparatus system which is a pump system such as an ion pump. The switching of the ultra-high vacuum system and the baking are performed to satisfy the monotonically increasing characteristics (MI characteristics) of the device current If and the emission current Ie of the surface conduction electron-emitting device described above. It is not limited. Further, a getter process may be performed in order to maintain the degree of vacuum after the envelope 118 is sealed. This is because the getter arranged at a predetermined position (not shown) in the envelope 188 is heated immediately before or after the envelope 118 is sealed or by heating such as resistance heating or high-frequency heating. This is a process of forming a deposited film by heating. The getter usually contains Ba or the like as a main component, and maintains a vacuum degree of, for example, 10 −5 or 10 −7 Torr by the adsorption action of the deposited film.

【0082】以上のように完成した本発明の実施形態と
しての画像表示装置において、各電子放出素子には、容
器外端子Dx1ないしDxm,Dy1ないしDynを通
じ、電圧を印加することによって、電子放出させ、高圧
端子Hvを通じ、メタルバック116、或は透明電極
(不図示)に数kv以上の高圧を印加し、電子ビームを
加速し、蛍光膜115に衝突され、励起・発光させるこ
とで画像を表示するものである。前述の構成は、表示等
に用いるのに好適な画像形成装置を作製する上で必要な
概略構成であり、例えば各部材の材料等詳細な部分は上
述内容に限られるものではなく、画像装置の用途に適す
るよう適宜選択する。
In the image display device according to the embodiment of the present invention completed as described above, each electron-emitting device emits electrons by applying a voltage through terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn outside the container. A high voltage of several kV or more is applied to the metal back 116 or a transparent electrode (not shown) through the high voltage terminal Hv to accelerate the electron beam, collide with the fluorescent film 115, and excite and emit light to display an image. Is what you do. The above-described configuration is a schematic configuration necessary for manufacturing an image forming apparatus suitable for use in display and the like. For example, detailed parts such as materials of each member are not limited to the above-described contents. Appropriate selection is made to suit the application.

【0083】以下、個々に実施形態を挙げて更に詳細に
説明する。
Hereinafter, each embodiment will be described in more detail.

【0084】<第1の実施形態>本実施形態における電
子放出量制御素子の基本的な構成及びその製造方法は、
図1〜図4と同様である。従って、重複する部分の説明
は省略する。
<First Embodiment> The basic structure of an electron emission amount control element according to the present embodiment and a method of manufacturing the same are described below.
This is the same as FIGS. Therefore, the description of the overlapping part will be omitted.

【0085】以下、図1〜図6を参照して、本実施形態
としての素子の基本的な構成及び製造法を説明する。
Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 6, a basic structure and a manufacturing method of the device according to the present embodiment will be described.

【0086】図1に示すように、VgとVfの電気的信
号によって電子放出量を制御することが可能である。し
かしながら、本実施形態においては、電子の放出のオン
/オフの制御は、表面伝導型電子放出素子の特性を利用
し、前述の共通の実施形態で述べたようにVfでのみ行
ない、Vgは80Vに固定した。また、距離Hを5ミリ
メータ、距離hを8ミクロンメータ、Vaを1KVに固
定し、Vfを0Vから20Vに可変になるようにした。
従って、補正電極1の下部の空洞部8では、補正電極1
による電界が支配的となる。そのため、淀み点は式
(2)により、約0.6ミクロンメータとなる。また、
電子線の軌道の薄膜上でのx方向の分布は、最大のVf
において、式(3)で表わされる(但し、^は乗数を表
わす)。
As shown in FIG. 1, the amount of electron emission can be controlled by electric signals Vg and Vf. However, in the present embodiment, the on / off control of the emission of electrons is performed only at Vf as described in the common embodiment, utilizing the characteristics of the surface conduction electron-emitting device, and Vg is 80 V Fixed to. Further, the distance H was fixed at 5 mm, the distance h was fixed at 8 μm, Va was fixed at 1 KV, and Vf was made variable from 0 V to 20 V.
Therefore, in the cavity 8 below the correction electrode 1, the correction electrode 1
Is dominant. Therefore, the stagnation point is about 0.6 μm according to the equation (2). Also,
The distribution of the electron beam orbit in the x direction on the thin film is the maximum Vf
In the above, the expression (3) represents (where ^ represents a multiplier).

【0087】 x0=h×((Vf^−5)/Vg)^(1/2)+xs 式(3) で与えられるx0に対して、[0,x0]の区間内にあ
ることが経験的に知られている。
X0 = h × ((Vf ^ −5) / Vg) ^ (1/2) + xs With respect to x0 given by Expression (3), it is empirical that x0 is within the interval of [0, x0]. Is known to.

【0088】本実施形態において、このx0は、2.1
ミクロンメータとなり、この透過位置を中心とするよう
に、従って、X1は2ミクロンメータ、X2は、4ミク
ロンメータとした。
In this embodiment, x0 is 2.1
In this case, X1 was set to 2 μm, and X2 was set to 4 μm so that the transmission position was the center.

【0089】以下に、本実施形態における電子放出量制
御素子の製造工程を順番に説明する。
Hereinafter, the steps of manufacturing the electron emission amount control element according to the present embodiment will be sequentially described.

【0090】[工程A]清浄化した青板ガラス上に厚さ
0.5ミクロンのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成し
た基板11上に、素子電極12、13の所望パターンを
ホトレジストで形成し、真空蒸着法により厚さ50オン
グストロームのTi、厚さ1000オングストロームの
Niを順次堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤
で溶解し、Ni/Ti堆積膜をリフトオフして、素子電
極12、13を形成した。素子電極間隔Lは、それぞれ
2ミクロンとし、素子電極の幅W1を30ミクロンメー
トルとした。
[Step A] A desired pattern of device electrodes 12 and 13 is formed of photoresist on a substrate 11 in which a 0.5-μm-thick silicon oxide film is formed on a cleaned blue plate glass by sputtering. Ti having a thickness of 50 angstroms and Ni having a thickness of 1000 angstroms were sequentially deposited by an evaporation method. The photoresist pattern was dissolved with an organic solvent, and the Ni / Ti deposited film was lifted off to form device electrodes 12 and 13. The element electrode interval L was 2 microns, and the element electrode width W1 was 30 microns.

【0091】[工程B]続いて、素子間電極ギャップL
及びこの近傍に開口を有するマスクを用い、その上に膜
厚1000オングストロームのCr膜を真空蒸着により
堆積及びパターニングし、その上に有機Pdをスピンナ
ーにより回転塗布、300℃で10分間の加熱焼成処理
をした。ここで、W2は20ミクロンであった。また、
こうして形成された主として酸化パラジウムの微粒子か
らなる電子放出部形成用薄膜(後述のフォーミング工程
後は電子放出部を含む薄膜と呼ぶ)14の膜厚は100
オングストローム、シート抵抗値は2×10の4乗Ω/
□であった。尚、ここで述べる微粒子膜とは、上述した
ように、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構
造として、微粒子が個々に分散配置した状態のみなら
ず、微粒子が互いに隣接、或は、重なり合った状態(島
状も含む)の膜をいい、その粒径とは、前記の状態で粒
子形状が認識可能な微粒子についての径をいう。
[Step B] Subsequently, the inter-element electrode gap L
Using a mask having an opening in the vicinity thereof, a Cr film having a thickness of 1000 Å is deposited and patterned thereon by vacuum evaporation, and organic Pd is spin-coated thereon by a spinner, and heated and baked at 300 ° C. for 10 minutes. Did. Here, W2 was 20 microns. Also,
The film thickness of the thus formed electron-emitting-portion-forming thin film mainly composed of palladium oxide fine particles (hereinafter referred to as a thin film including an electron-emitting portion after a forming step described later) 14 is 100.
Angstrom, sheet resistance is 2 × 10 4 Ω /
It was □. The fine particle film described here is, as described above, a film in which a plurality of fine particles are gathered, and as a fine structure, not only a state in which the fine particles are individually dispersed and arranged, but also the fine particles are adjacent to each other or It refers to a film in an overlapped state (including an island shape), and the particle size refers to the diameter of fine particles whose particle shape can be recognized in the above state.

【0092】[工程C]Cr膜及び焼成後の電子放出部
形成用薄膜14を酸エッチャントによりエッチングして
所望のパターンを形成した。以上の工程により基板11
上に、素子電極12、13、電子放出部形成用薄膜14
等を形成した。
[Step C] The Cr film and the fired electron emitting portion forming thin film 14 were etched with an acid etchant to form a desired pattern. Through the above steps, the substrate 11
Element electrodes 12 and 13 and thin film 14 for forming electron-emitting portions are formed thereon.
Etc. were formed.

【0093】[工程D]電流量補正電極の形成後、電流
量補正電極下の絶縁層3をパターニングして、8ミクロ
ン積層させる。その後、同様に、高さ8ミクロンの絶縁
層8、9を形成し、電流補正電極部として、ベリウム膜
をパターンニングしながら、不図示の配線部と接続する
ように平均の膜厚が30nm程度になるように、積層す
る。そして図4(C)における電流量補正電極部が形成
された後に犠牲層9をエッチングによって取り除き、図
4(D)の形状を得る。この際、エッチングにより、ベ
リリウムの膜厚も変化する。その変化は、膜の中央部に
大きく現れるので、その効果を考慮にいれて、X1、X
2を決定した。この膜厚を測定するのは困難であるが、
この膜厚の減少により電子が透過する部分の膜厚は、積
層したものよりも薄くなり、数から10数ナノメータに
なっている部分を含んでいると考えられる。これにより
電子は電流量補正電極1であるベリウム薄膜を容易に透
過することとなる。
[Step D] After the formation of the current amount correction electrode, the insulating layer 3 under the current amount correction electrode is patterned and laminated by 8 μm. Thereafter, similarly, insulating layers 8 and 9 having a height of 8 μm are formed, and the average film thickness is about 30 nm so as to be connected to a wiring part (not shown) while patterning a beryllium film as a current correction electrode part. It is laminated so that it becomes. Then, after the current amount correction electrode portion in FIG. 4C is formed, the sacrificial layer 9 is removed by etching to obtain the shape of FIG. 4D. At this time, the thickness of beryllium also changes due to the etching. Since the change appears largely in the center of the film, X1, X
2 was determined. It is difficult to measure this film thickness,
It is considered that the thickness of a portion through which electrons pass due to the decrease in the film thickness becomes thinner than that of the laminated structure, and includes a portion having several to several tens of nanometers. As a result, the electrons easily pass through the beryllium thin film serving as the current correction electrode 1.

【0094】[工程E]次に、図5における測定評価装
置に設置し、真空ポンプにて排気し、2x10の-5乗t
orrの真空度に達した後、素子に素子電圧Vfを印加
するための電源31より、3素子のうち2素子の素子電
極12、13間にそれぞれ電圧を印加し、通電処理(フ
ォーミング処理)を行った。フォーミング処理の電圧波
形を図6に示す。図6中、T1及びT2は電圧波形のパ
ルス幅とパルス間隔であり、本実施形態ではT1を1ミ
リ秒、T2を10ミリ秒とし、矩形波の波高値(フォー
ミング時のピーク電圧)は0.1Vステップで昇圧し、
フォーミング処理を行なった。また、フォーミング処理
中は、同時に、0.1Vの電圧で、T2間に抵抗測定パ
ルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォーミング処理
の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が約1Mオーム以
上になった時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了
した。素子のフォーミング電圧VFは、5.0Vであっ
た。
[Step E] Next, the apparatus is set in the measurement and evaluation apparatus shown in FIG.
After reaching the degree of vacuum of orr, a voltage is applied between the element electrodes 12 and 13 of two of the three elements from the power supply 31 for applying the element voltage Vf to the elements, and the energization processing (forming processing) is performed. went. FIG. 6 shows a voltage waveform of the forming process. In FIG. 6, T1 and T2 are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform. In this embodiment, T1 is 1 millisecond, T2 is 10 milliseconds, and the peak value of the rectangular wave (the peak voltage at the time of forming) is 0. .1V step up,
A forming process was performed. During the forming process, a resistance measuring pulse was simultaneously inserted between T2 at a voltage of 0.1 V to measure the resistance. Note that the forming process was terminated when the measured value of the resistance measurement pulse became about 1 M ohm or more, and at the same time, the application of the voltage to the element was terminated. The forming voltage VF of the device was 5.0 V.

【0095】[工程F]続いて、フォーミング処理した
素子に、前述の工程DにおけるT2と同じ周期でパルス
幅T1の矩形波を印加して活性化処理を行った。ここ
で、矩形波の波高値を14Vとした。即ち、高抵抗活性
化処理を行った。尚、この時、図5の測定評価装置内の
真空度は1.5x10の-5乗torrであった。約30
分で活性化処理を終了した。こうして、電子放出部16
を形成し電子放出素子を作製した。このようにして作成
された本実施形態における放出量制御型電子放出素子に
おいて、図1のように電流量補正電極の電位を変化させ
ることにより、淀み点の位置を変化させ、電子の放出量
を変化させている。
[Step F] Subsequently, a rectangular wave having a pulse width T1 was applied to the formed element at the same cycle as T2 in Step D described above to perform an activation processing. Here, the peak value of the rectangular wave was set to 14V. That is, a high resistance activation process was performed. At this time, the degree of vacuum in the measurement / evaluation apparatus in FIG. 5 was 1.5 × 10 −5 torr. About 30
The activation process was completed in minutes. In this manner, the electron emitting section 16
Was formed to produce an electron-emitting device. In the emission amount control type electron-emitting device according to the present embodiment prepared as described above, the position of the stagnation point is changed by changing the potential of the current amount correction electrode as shown in FIG. Is changing.

【0096】このような条件の下で、素子電流とアノー
ドに到達する電子の量の比は大きく変化する。この比
は、Vfを固定した際に、VgH>>Vahの領域で、
経験的に式(3)で表わされる(但し^は乗数を表わ
す)。
Under such conditions, the ratio between the device current and the amount of electrons reaching the anode varies greatly. When this ratio is fixed at Vf, in the region of VgH >> Vah,
It is empirically represented by equation (3) (where ^ represents a multiplier).

【0097】 r0×(Vg×H/(Va×h))^(1/2) 式(3) r0は薄膜の電子の透過率を表す。従って、同一素子
で、補正電極を設置しなかった電気放出素子の電流量を
1とすれば、本実施形態の電流量補正電極付きの電子放
出素子では5倍になる。但し、r0は、10%とした。
R0 × (Vg × H / (Va × h)) ^ (1/2) Equation (3) r0 represents the electron transmittance of the thin film. Therefore, assuming that the current amount of the same element and the electron-emitting device in which the correction electrode is not provided is 1, the electron-emitting device with the current-amount correction electrode of the present embodiment is five times as large. However, r0 was set to 10%.

【0098】また、本発明の基本概念に従っていれば、
構成要素の機能の複合的作用が最も重要であり、電流量
補正電極の具体的構成、電子源部の具体的構成、及びそ
れらの具体的製造方法には特に依存しない。電流補正電
極の薄膜の材料は、ベリリウムに限るわけではない。ま
た、電子源部も、他の原理に従ったものでもよい。例え
ばスピントでも、MIM(金属/絶縁体/金属)素子で
もよい。
If the basic concept of the present invention is followed,
The combined action of the functions of the components is the most important, and does not particularly depend on the specific configuration of the current correction electrode, the specific configuration of the electron source, and the specific manufacturing method thereof. The material of the thin film of the current correction electrode is not limited to beryllium. Further, the electron source may be based on another principle. For example, Spindt or MIM (metal / insulator / metal) elements may be used.

【0099】<第2の実施形態>複数の表面伝導型電子
放出素子を単純マトリクス配置した画像形成装置の例で
ある。本実施形態における電子放出量制御素子の基本的
な構成は、図1〜図4と同様である。従って、重複する
部分の説明は省略する。以下に本実施形態を、主に図1
2〜図14を参照して説明する。
<Second Embodiment> This is an example of an image forming apparatus in which a plurality of surface conduction electron-emitting devices are arranged in a simple matrix. The basic configuration of the electron emission amount control element in the present embodiment is the same as in FIGS. Therefore, the description of the overlapping part will be omitted. This embodiment will be described below mainly with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0100】図12は、本発明の第2実施形態としての
電子源の平面図である。
FIG. 12 is a plan view of an electron source according to a second embodiment of the present invention.

【0101】図13は、本発明の第2実施形態としての
電子源のA−A’断面図である。
FIG. 13 is a sectional view taken along the line AA ′ of the electron source according to the second embodiment of the present invention.

【0102】図14及び図15は、本発明の第2実施形
態としての電子源の製造工程を示す図である。
FIG. 14 and FIG. 15 are views showing a manufacturing process of the electron source according to the second embodiment of the present invention.

【0103】各図において、11は基板、102は図9
におけるDxnに対応するX方向配線(下配線とも呼
ぶ)、103は図9におけるDynに対応するY方向の
配線(上配線とも呼ぶ)、14は電子放出部を含む薄
膜、12、13は素子電極、151は層間絶縁層であ
り、152は、素子電極12と奇数番目のした配線10
2との電気的接続のためのコンタクトホールである。ま
た、素子電極13は奇数番目の配線103と電気的に接
続されている。また、図13の163は、X方向の偶数
番目配線102と電流量補正電極の薄膜1とを電気的に
接続する為のコンタクトホールである。更に、図13の
164は、電流量補正電極の下部に空洞部を設けるため
の絶縁体層である。
In each figure, 11 is a substrate, and 102 is FIG.
, An X-direction wiring corresponding to Dxn (also referred to as a lower wiring), 103 a Y-direction wiring corresponding to Dyn in FIG. 9 (also referred to as an upper wiring), 14 a thin film including an electron-emitting portion, and 12 and 13 element electrodes. , 151 are interlayer insulating layers, and 152 is a device electrode 12 and an odd-numbered wiring 10.
2 is a contact hole for electrical connection with the second. The element electrode 13 is electrically connected to the odd-numbered wiring 103. Reference numeral 163 in FIG. 13 denotes a contact hole for electrically connecting the even-numbered wiring 102 in the X direction and the thin film 1 of the current correction electrode. Further, reference numeral 164 in FIG. 13 denotes an insulator layer for providing a cavity below the current amount correction electrode.

【0104】次に製造方法を工程順に従って具体的に説
明する。
Next, the manufacturing method will be specifically described in the order of steps.

【0105】[工程A]清浄化した青板ガラス上に厚さ
0.5ミクロンのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成し
た基板11上に、真空蒸着により厚さ50オングストロ
ームのCr、厚さ6000オングストロームのAuを順
次積層した後に、ホトレジストをスピンナーにより回転
塗布、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像して、
下配線102のレジストパターンを形成し、Au/Cr
堆積膜をウエットエッチングして、所望の形状の下配線
102を形成する(図14(a))。
[Step A] A 50-Å thick Cr film and a 6000-Å thick Cr film were formed on a substrate 11 in which a 0.5 μm thick silicon oxide film was formed on a cleaned blue plate glass by a sputtering method. After sequentially laminating Au, a photoresist is spin-coated with a spinner and baked, and then a photomask image is exposed and developed.
A resist pattern for the lower wiring 102 is formed, and Au / Cr
The deposited film is wet-etched to form the lower wiring 102 having a desired shape (FIG. 14A).

【0106】[工程B]次に厚さ1.0ミクロンのシリ
コン酸化膜からなる層間絶縁層151をRFスパッタ法
により堆積する(図14(b))。
[Step B] Next, an interlayer insulating layer 151 made of a silicon oxide film having a thickness of 1.0 μm is deposited by RF sputtering (FIG. 14B).

【0107】[工程C]工程Bで堆積したシリコン酸化
膜にコンタクトホール152を形成するためのホトレジ
ストパターンを作り、これをマスクとして絶縁層151
をエッチングしてコンタクトホール152を形成する。
ここでエッチングは、CF4とH2ガスを用いたRIE
(Re−active Ion Etching)法に
よった(図14(c))。
[Step C] A photoresist pattern for forming the contact hole 152 is formed in the silicon oxide film deposited in the step B, and the photoresist pattern is used as a mask to form the insulating layer 151.
Is etched to form a contact hole 152.
Here, the etching is performed by RIE using CF4 and H2 gas.
(Re-active Ion Etching) method (FIG. 14 (c)).

【0108】[工程D]その後、素子電極12と素子電
極間ギャップとなるべきパターンをホトレジストで形成
し、真空蒸着法により厚さ50オングストロームのT
i、厚さ1000オングストロームのNiを順次堆積し
た。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ni/
Ti堆積膜をリフトオフして、素子電極12、13を形
成した。尚、ギャップの形状は前述の実施形態と同様と
した(図14(d))。 [工程E]素子電極12、13の上に上配線103のホ
トレジストパターンを形成した後、厚さ50オングスト
ロームのTi、厚さ5000オングストロームのAuを
順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不要の部
分を除去して、所望の形状の上配線103を形成した
(図15(e))。
[Step D] Thereafter, a pattern to be a gap between the device electrode 12 and the device electrode is formed by photoresist, and a 50 Å thick T is formed by vacuum evaporation.
i, Ni having a thickness of 1000 Å was sequentially deposited. The photoresist pattern is dissolved in an organic solvent and Ni /
The Ti deposited film was lifted off to form device electrodes 12 and 13. The shape of the gap was the same as that of the above-described embodiment (FIG. 14D). [Step E] After forming a photoresist pattern of the upper wiring 103 on the device electrodes 12 and 13, 50 angstrom thick Ti and 5000 angstrom thick Au are sequentially deposited by vacuum deposition, and unnecessary portions are lifted off to remove unnecessary portions. After removal, the upper wiring 103 having a desired shape was formed (FIG. 15E).

【0109】[工程F]次に、電子放出部形成用の薄膜
を形成するために、メタルマスクにより膜厚1000オ
ングストロームのCr膜161を真空蒸着により堆積・
パターニングし、その上に有機Pdをスピンナーにより
回転塗布、300℃で10分間の加熱焼成処理をした。
また、こうして形成された主として酸化パラジウムの微
粒子からなる電子放出部形成用薄膜14の膜厚は、10
0オングストローム、シート抵抗値は5×10の4乗Ω
/□であった。尚、ここで述べる微粒子膜とは、上述し
たように、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細
構造として、微粒子が個々に分散配置した状態のみなら
ず、微粒子が互いに隣接、或は、重なり合った状態(島
状も含む)の膜をいい、その粒径とは、前記の状態で粒
子形状が認識可能な微粒子についての径をいう(図15
(f))。
[Step F] Next, in order to form a thin film for forming an electron emitting portion, a Cr film 161 having a thickness of 1000 Å is deposited by vacuum evaporation using a metal mask.
Patterning was performed, and organic Pd was spin-coated with a spinner and heated and baked at 300 ° C. for 10 minutes.
The thickness of the thus formed electron-emitting-portion-forming thin film 14 mainly composed of fine particles of palladium oxide is 10 μm.
0 angstrom, sheet resistance 5 × 10 4 Ω
/ □. The fine particle film described here is, as described above, a film in which a plurality of fine particles are gathered, and as a fine structure, not only a state in which the fine particles are individually dispersed and arranged, but also the fine particles are adjacent to each other or A film in an overlapped state (including an island shape) is referred to, and the particle size refers to a diameter of a fine particle whose particle shape can be recognized in the above state (FIG. 15).
(F)).

【0110】[工程G]Cr膜161及び焼成後の電子
放出部形成用薄膜を酸エッチャントによりエッチングし
て所望のパターンを形成した。コンタクトホール152
部分以外にレジストを塗布するようなパターンを形成
し、真空蒸着により厚さ50オングストロームのTi、
厚さ5000オングストロームのAuを順次堆積した。
リフトオフにより不要の部分を除去することにより、コ
ンタクトホール152を埋め込んだ(図15(g))。
[Step G] A desired pattern was formed by etching the Cr film 161 and the fired thin film for forming an electron emission portion with an acid etchant. Contact hole 152
A pattern is formed such that a resist is applied to portions other than the portion, and 50 Å thick Ti,
5000 Å thick Au was sequentially deposited.
Unnecessary portions were removed by lift-off to bury the contact holes 152 (FIG. 15G).

【0111】[工程H]空洞部に相当する部分とコンタ
クトホールに相当する部分をパターンニングして、犠牲
層9を積層させ、その後、絶縁層164を積層させる。
それぞれの積層させる高さは8ミクロンメータとする。
その後、第1の実施形態で述べたのと同じように、電流
量補正電極部としてのベリリウム薄膜1をパターンニン
グしながら積層する。その後、犠牲層9をエッチングに
よって取り除き、空洞部を形成する。そしてコンタクト
ホール152を埋め込んだ(図15(h))。
[Step H] The portion corresponding to the cavity and the portion corresponding to the contact hole are patterned, the sacrificial layer 9 is laminated, and then the insulating layer 164 is laminated.
The height of each layer is 8 microns.
Thereafter, similarly to the first embodiment, the beryllium thin film 1 as the current amount correction electrode portion is laminated while being patterned. Thereafter, the sacrifice layer 9 is removed by etching to form a cavity. Then, the contact hole 152 was buried (FIG. 15H).

【0112】次に、以上のようにして形成した電子源を
用いて表示装置を構成した例を、図10と図11を参照
して説明する。
Next, an example in which a display device is formed using the electron sources formed as described above will be described with reference to FIGS.

【0113】複数の平面型表面伝導電子放出素子を形成
した基板111をリアプレート112上に固定した後、
基板111の5mm上方に、フェースプレート113
(ガラス基板114の内面に蛍光膜115とメタルバッ
ク116とが形成されて構成されている)を支持枠11
7を介し配置し、フェースプレート113、支持枠11
7、リアプレート112の接合部にフリットガラスを塗
布し、大気中或は窒素雰囲気中で400℃ないし500
℃で10分以上焼成することで封着した。また、リアプ
レート112への基板111の固定もフリットガラスで
行った。蛍光膜115は、モノクロームの場合は蛍光体
のみから成るが、本実施形態ではストライプ形状の蛍光
体を採用し、先にブラックストライプを形成し、その間
隙部に各色の蛍光体を塗布し、蛍光膜115を形成し
た。ブラックストライプの材料としては、通常広く用い
られている黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基
板114に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用い
た。また、蛍光膜115の内面側にメタルバック116
が設けた。メタルバック116は、蛍光膜作製後、蛍光
膜の内面側表面の平滑化処理(通常フィルミングと呼ば
れる)を行い、その後、Alを真空蒸着することで作製
した。フェースプレート113には、更に蛍光膜115
の導電性を高めるため、蛍光膜115の外面側に透明電
極(不図示)が設けられる場合もあるが、本実施形態で
は、メタルバックのみで十分な導電性が得られたので省
略した。前述の封着を行う際、カラーの場合は各色の蛍
光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。以上のようにして完成
したガラス容器内の雰囲気を排気管(図示せず)を通じ
真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器
外端子Dx1ないしDxmとDy1ないしDynを通じ
電子放出素子の電極間に電圧を印加しフォーミング処理
を行うことによって、電子放出部119を作成した。フ
ォーミング処理の電圧波形は、図6と同様である。本実
施形態ではT1を1ミリ秒、T2を10ミリ秒とし、約
1×10-5乗torrの真空雰囲気下で行った。このよ
うに形成された電子放出部119は、パラジウム元素を
主成分とする微粒子が分散配置された状態となり、その
微粒子の平均粒径は30オングストロームであった。次
にフォーミングと同一のT1,T2を有する矩形波(波
高14V)で、真空度2x10-5乗の真空度で、素子電
流If,放出電流Ieを測定しながら、高抵抗活性化処
理を行った。次に10の-6乗torr程度の真空度ま
で、排気し、不図示の排気管をガスバーナーで熱するこ
とで容着し外囲器の封止を行った。最後に封止後の真空
度を維持するために、高周波加熱法でゲッター処理を行
った。
After fixing a substrate 111 on which a plurality of planar surface conduction electron-emitting devices are formed on a rear plate 112,
The face plate 113 is placed 5 mm above the substrate 111.
(A fluorescent film 115 and a metal back 116 are formed on the inner surface of a glass substrate 114)
7, the face plate 113, the support frame 11
7. A frit glass is applied to the joint of the rear plate 112, and 400 ° C. to 500 ° C. in air or nitrogen atmosphere.
It sealed by baking at ℃ for 10 minutes or more. The fixing of the substrate 111 to the rear plate 112 was also performed with frit glass. The fluorescent film 115 is composed of only a phosphor in the case of monochrome, but in the present embodiment, a stripe-shaped phosphor is adopted, a black stripe is formed first, and a phosphor of each color is applied to a gap between the phosphors. The film 115 was formed. As a material for the black stripe, a material mainly containing graphite, which is generally widely used, was used. A slurry method was used as a method for applying the phosphor on the glass substrate 114. Further, a metal back 116 is provided on the inner surface side of the fluorescent film 115.
Provided. The metal back 116 was produced by performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the phosphor film after producing the phosphor film, and then performing vacuum deposition of Al. The face plate 113 further includes a fluorescent film 115.
In some cases, a transparent electrode (not shown) is provided on the outer surface side of the fluorescent film 115 in order to increase the conductivity of the phosphor film 115. However, in the present embodiment, a sufficient conductivity was obtained only by using a metal back, so that the description was omitted. When the above-mentioned sealing is performed, in the case of color, the phosphors of each color must correspond to the electron-emitting devices, so that sufficient alignment is performed. The atmosphere in the glass container completed as described above is exhausted by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown), and after reaching a sufficient degree of vacuum, electrons are emitted through terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn outside the container. By applying a voltage between the electrodes of the device and performing a forming process, an electron-emitting portion 119 was formed. The voltage waveform of the forming process is the same as in FIG. In this embodiment, T1 is set to 1 millisecond and T2 is set to 10 milliseconds, and the process is performed in a vacuum atmosphere of about 1 × 10 −5 torr. The electron emitting portion 119 thus formed was in a state in which fine particles mainly composed of palladium element were dispersed and arranged, and the average particle diameter of the fine particles was 30 angstroms. Next, a high resistance activation process was performed while measuring the element current If and the emission current Ie with a rectangular wave (wave height 14 V) having the same T1 and T2 as the forming at a degree of vacuum of 2 × 10 −5 power. . Next, the air was evacuated to a degree of vacuum of about 10 −6 torr, and an exhaust pipe (not shown) was heated by a gas burner to seal the envelope and seal the envelope. Finally, in order to maintain the degree of vacuum after sealing, getter processing was performed by a high-frequency heating method.

【0114】以上のように完成した本実施形態の画像表
示装置において、各電子放出素子には、容器外端子Dx
1ないしDxm,Dy1ないしDynを通じ、走査信
号、変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加
することにより、電子放出を制御し、また、図10に示
す高圧端子Hvを通じ、メタルバック119に数kV以
上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜115
に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。
また、電流量補正電極の電圧制御信号は不図示の信号発
生手段より印加することより、素子の経時的変化の補正
及び、効率を向上するために使用した。
In the image display device of the present embodiment completed as described above, each of the electron-emitting devices is provided with an external terminal Dx
The electron emission is controlled by applying a scanning signal and a modulation signal from 1 to Dxm and Dy1 to Dyn respectively from a signal generation means (not shown), and a number is applied to the metal back 119 through a high voltage terminal Hv shown in FIG. A high voltage of kV or more is applied to accelerate the electron beam, and the fluorescent film 115
Then, the image was displayed by exciting and emitting light.
The voltage control signal of the current correction electrode was applied from a signal generating means (not shown) to correct the change with time of the element and to improve the efficiency.

【0115】このようにして形成された本実施形態の画
像形成装置における電子放出量制御素子は、電流量補正
電極の電位を所望の値にすることによって放出量を変化
させ、より効率のよい素子を形成し得る。
The thus-formed electron emission amount control element in the image forming apparatus of the present embodiment changes the emission amount by setting the potential of the current amount correction electrode to a desired value, thereby increasing the efficiency of the element. Can be formed.

【0116】<第3の実施形態>本実施形態では、前述
の説明の表面伝導型電子放出素子を電子ビーム源として
用いたディスプレイパネルに、例えばテレビジョン放送
をはじめとする種々の画像情報源より提供される画像情
報を表示できるように構成した表示装置の一例を図16
を参照して説明する。
<Third Embodiment> In this embodiment, a display panel using the above-described surface conduction electron-emitting device as an electron beam source is provided with various image information sources such as a television broadcast. FIG. 16 shows an example of a display device configured to display provided image information.
This will be described with reference to FIG.

【0117】図16は、本発明の第3の実施形態として
の表示装置の基本構成図である。
FIG. 16 is a diagram showing a basic configuration of a display device according to a third embodiment of the present invention.

【0118】図中、1700はディスプレイパネル、1
701はディスプレイパネルの駆動回路、1702はデ
ィスプレイパネルコントローラ、1703はマルチプレ
クサ、1704はデコーダ、1705は入出力インター
フェース回路、1706はCPU、1707は画像生成
回路、1708及び1709及び1710は画像メモリ
インターフェース回路、1711は画像入力インターフ
ェース回路、1712及び1713はTV信号受信回
路、1714は入力部である。尚、本表示装置は、たと
えばテレビジョン信号のように映像情報と音声情報の両
方を含む信号を受信する場合には、当然映像の表示と同
時に音声を再生するものであるが、本実施形態の特徴と
直接関係しない音声情報の受信、分離、再生、処理、記
憶等に関する回路やスピーカーなどについては説明を省
略する。
In the figure, 1700 is a display panel, 1
701 is a display panel driving circuit, 1702 is a display panel controller, 1703 is a multiplexer, 1704 is a decoder, 1705 is an input / output interface circuit, 1706 is a CPU, 1707 is an image generation circuit, 1708, 1709 and 1710 are image memory interface circuits, 1711 is an image input interface circuit, 1712 and 1713 are TV signal receiving circuits, and 1714 is an input unit. When the present display device receives a signal including both video information and audio information, such as a television signal, it naturally reproduces the audio simultaneously with the display of the video. Descriptions of circuits, speakers, and the like related to reception, separation, reproduction, processing, storage, and the like of audio information that is not directly related to features are omitted.

【0119】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。
Hereinafter, the function of each section will be described along the flow of the image signal.

【0120】まず、TV信号受信回路1713は、たと
えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて
伝送されるTV画像信号を受信するための回路である。
受信するTV信号の方式は特に限られるものではなく、
例えばNTSC方式、PAL方式、SECAM方式など
の諸方式でもよい。また、これらより更に多数の走査線
よりなるTV信号(例えばMUSE方式をはじめとする
いわゆる高品位TV)は、大面積化や大画素数化に適し
た本実施形態のディスプレイパネルの利点を生かすのに
好適な信号源である。TV信号受信回路1713で受信
されたTV信号は、デコーダ1704に出力される。T
V信号受信回路1712は、たとえば同軸テーブルや光
ファイバーなどのような有線伝送系を用いて伝送される
TV画像信号を受信するための回路である。TV信号受
信回路1713と同様に、受信するTV信号の方式は特
に限られるものではなく、また本回路で受信されたTV
信号もデコーダ1704に出力される。画像入力インタ
ーフェース回路1711は、たとえばTVカメラや画像
読み取りスキャナーなどの画像入力装置から供給される
画像信号を取り込むための回路で、取込まれた画像信号
はデコーダ1704に出力される。画像メモリーインタ
ーフェース回路1710は、ビデオテープレコーダー
(以下VTRと略す)に記憶されている画像信号を取り
込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ1
704に出力される。画像メモリーインターフェース回
路1709ビデオディスクに記憶されている画像信号を
取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコー
ダ1704に出力される。画像メモリーインターフェー
ス回路1708は、いわゆる静止画ディスクのように、
静止画像データを記憶している装置から画像信号を取り
込むための回路で、取り込まれた静止画像データはデコ
ーダ1704に入力される。入出力インターフェース回
路1705は、本表示装置と、外部のコンピュータもし
くはコンピュータネットワークもしくはプリンターなど
の出力装置とを接続するための回路である。画像データ
や文字・図形情報の入出力を行なうのはもちろんのこ
と、場合によっては本表示装置の備えるCPU1706
と外部との間で制御信号や数値データの入出力などを行
なうことも可能である。画像生成回路1707は、前記
入出力インターフェース回路1705を介して外部から
入力される画像データや文字・図形情報や、或はCPU
1706より出力される画像データや文字・図形情報に
もとづき表示用画像データを生成するための回路であ
る。本回路の内部には、たとえば画像データや文字・図
形情報を蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字
コードに対応する画像パターンが記憶されている読み出
し専用メモリや、画像処理を行うためのプロセッサなど
をはじめとして画像の生成に必要な回路が組み込まれて
いる。本回路により生成された表示用画像データは、デ
コーダ1704に出力されるが、場合によっては前記入
出力インターフェース回路1705を介して外部のコン
ピュータネットワークやプリンタに出力することも可能
である。また、CPU1706は、主として本表示装置
の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作
業を行う。例えば、マルチプレクサ1703に制御信号
を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を適
宜選択したり組み合わせたりする。また、その際には表
示する画像信号に応じてディスプレイパネルコントロー
ラ1702に対して制御信号を発生し、画面表示周波数
や走査方法(例えば、インターレース或はノンインター
レース)や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適
宜制御する。また、画像生成回路1707に対して画像
データや文字・図形情報を直接出力したり、或は入出力
インターフェース回路1705を介して外部のコンピュ
ータやメモリをアクセスして画像データや文字・図形情
報を入力する。なお、CPU1706は、むろんこれ以
外の目的の作業にも関わるものであってよい。例えば、
パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのよう
に、情報を生成したり処理する機能に直接関わってもよ
い。或は、前述したように入出力インターフェース回路
1705を介して外部のコンピュータネットワークと接
続し、たとえば数値計算などの作業を外部機器と協同し
て行ってもよい。入力部1714は、前記CPU170
6に使用者が命令やプログラム、或はデータなどを入力
するためのものであり、例えばキーボードやマウスのほ
か、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識
装置など多ような入力機器を用いることが可能である。
また、デコーダ1704は、前記1707ないし171
3より入力される種々の画像信号を3原色信号、または
輝度信号とI信号、Q信号に逆変換するための回路であ
る。尚、デコーダ1704は、内部に(図中、破線で示
す)画像メモリを備えるのが望ましい。これは、例えば
MUSE方式をはじめとして、逆変換するに際して画像
メモリを必要とするようなテレビ信号を扱うためであ
る。また、画像メモリを備えることにより、静止画の表
示が容易になる。或は、前記画像生成回路1707及び
CPU1706と協同して画像の間引き、補間、拡大、
縮小、合成をはじめとする画像処理や編集が容易に行え
るようになるという利点が生まれるからである。マルチ
プレクサ1703は、前記CPU1706より入力され
る制御信号に基づき表示画像を適宜選択するものであ
る。即ち、マルチプレクサ1703はデコーダ1704
から入力される逆変換された画像信号のうちから所望の
画像信号を選択して駆動回路1701に出力する。その
場合には、一画面表示時間内で画像信号を切り替えて選
択することにより、いわゆる多画面テレビのように、一
画面を複数の領域に分けて領域によって異なる画像を表
示することも可能である。ディスプレイパネルコントロ
ーラ1702は、CPU1706より入力される制御信
号に基づき駆動回路1701の動作を制御するための回
路である。まず、ディスプレイパネルの基本的な動作に
関わるものとして、たとえばディスプレイパネルの駆動
用電源(図示せず)の動作シーケンスを制御するための
信号を駆動回路1701に対して出力する。また、ディ
スプレイパネルの駆動方法に関わるものとして、例えば
画面表示周波数や走査方法(例えばインターレース或は
ノンインターレース)を制御するための信号を駆動回路
1701に対して出力する。また、場合によっては表示
画像の輝度やコントラストや色調やシャープネスといっ
た画質の調整に関わる制御信号を駆動回路1701に対
して出力する場合もある。駆動回路1701は、ディス
プレイパネル1700に印加する駆動信号を発生するた
めの回路であり、前記マルチプレクサ1703から入力
される画像信号と、ディスプレイパネルコントローラ1
702より入力される制御信号に基づいて動作するもの
である。
First, the TV signal receiving circuit 1713 is a circuit for receiving a TV image signal transmitted using a wireless transmission system such as radio waves or spatial optical communication.
The type of TV signal to be received is not particularly limited,
For example, various systems such as the NTSC system, the PAL system, and the SECAM system may be used. A TV signal (for example, a so-called high-definition TV including the MUSE system) composed of a larger number of scanning lines than the above can take advantage of the display panel of the present embodiment suitable for a large area and a large number of pixels. It is a suitable signal source. The TV signal received by the TV signal receiving circuit 1713 is output to the decoder 1704. T
The V signal receiving circuit 1712 is a circuit for receiving a TV image signal transmitted using a wired transmission system such as a coaxial table or an optical fiber. As with the TV signal receiving circuit 1713, the type of the TV signal to be received is not particularly limited.
The signal is also output to the decoder 1704. The image input interface circuit 1711 is a circuit for receiving an image signal supplied from an image input device such as a TV camera or an image reading scanner. The captured image signal is output to the decoder 1704. The image memory interface circuit 1710 is a circuit for taking in an image signal stored in a video tape recorder (hereinafter abbreviated as VTR).
704. Image memory interface circuit 1709 This is a circuit for taking in an image signal stored in a video disk. The taken image signal is output to a decoder 1704. The image memory interface circuit 1708, like a so-called still image disk,
A circuit for capturing an image signal from a device that stores still image data. The captured still image data is input to a decoder 1704. The input / output interface circuit 1705 is a circuit for connecting the present display device to an external computer, a computer network, or an output device such as a printer. In addition to inputting and outputting image data and character / graphic information, the CPU 1706 included in the display device may be used in some cases.
It is also possible to input and output control signals and numerical data between the device and the outside. The image generation circuit 1707 includes image data and character / graphic information input from outside via the input / output interface circuit 1705, or a CPU.
A circuit for generating display image data based on the image data and character / graphic information output from 1706. Inside this circuit, for example, a rewritable memory for storing image data and character / graphic information, a read-only memory storing an image pattern corresponding to a character code, a processor for performing image processing, etc. And other circuits necessary for generating an image. The display image data generated by this circuit is output to the decoder 1704, but may be output to an external computer network or printer via the input / output interface circuit 1705 in some cases. The CPU 1706 mainly performs operation control of the display device and operations related to generation, selection, and editing of a display image. For example, a control signal is output to the multiplexer 1703, and image signals to be displayed on the display panel are appropriately selected or combined. At that time, a control signal is generated for the display panel controller 1702 in accordance with the image signal to be displayed, and the screen display frequency, the scanning method (for example, interlaced or non-interlaced), the number of scanning lines on one screen, and the like are determined. The operation of the display device is appropriately controlled. Also, image data and character / graphic information are directly output to the image generation circuit 1707, or an external computer or memory is accessed via the input / output interface circuit 1705 to input image data or character / graphic information. I do. The CPU 1706 may, of course, be involved in work for other purposes. For example,
It may be directly related to the function of generating and processing information, such as a personal computer or a word processor. Alternatively, it may be connected to an external computer network via the input / output interface circuit 1705 as described above, and work such as numerical calculation may be performed in cooperation with an external device. The input unit 1714 is connected to the CPU 170
6 is for the user to input commands, programs, or data. For example, in addition to a keyboard and a mouse, various input devices such as a joystick, a barcode reader, and a voice recognition device can be used. is there.
In addition, the decoder 1704 is connected to the above 1707 to 171.
This is a circuit for inversely converting various image signals input from 3 into three primary color signals, or luminance signals and I signals and Q signals. The decoder 1704 preferably includes an image memory (indicated by a broken line in the figure). This is for handling television signals that require an image memory when performing inverse conversion, such as the MUSE method. Further, the provision of the image memory facilitates the display of a still image. Alternatively, in cooperation with the image generation circuit 1707 and the CPU 1706, image thinning, interpolation, enlargement,
This is because there is an advantage that image processing and editing including reduction and composition can be easily performed. The multiplexer 1703 selects a display image appropriately based on a control signal input from the CPU 1706. That is, the multiplexer 1703 is connected to the decoder 1704.
A desired image signal is selected from the inversely-converted image signals input from, and output to the drive circuit 1701. In that case, by switching and selecting an image signal within one screen display time, it is possible to divide one screen into a plurality of areas and display different images depending on the areas, as in a so-called multi-screen TV. . The display panel controller 1702 is a circuit for controlling the operation of the drive circuit 1701 based on a control signal input from the CPU 1706. First, for example, a signal for controlling an operation sequence of a power supply (not shown) for driving a display panel is output to the drive circuit 1701 as one related to a basic operation of the display panel. In addition, a signal for controlling, for example, a screen display frequency and a scanning method (for example, interlaced or non-interlaced) is output to the drive circuit 1701 as related to the display panel driving method. In some cases, a control signal related to image quality adjustment such as luminance, contrast, color tone, and sharpness of a display image may be output to the drive circuit 1701. A driving circuit 1701 is a circuit for generating a driving signal to be applied to the display panel 1700, and includes an image signal input from the multiplexer 1703 and a display panel controller 1
It operates based on a control signal input from the 702.

【0121】以上、各部の機能を説明したが、図16に
例示した構成により、本実施形態の表示装置においては
多様な画像情報源より入力される画像情報をディスプレ
イパネル1700に表示することが可能である。即ち、
テレビジョン放送をはじめとする各種の画像信号は、デ
コーダ1704において逆変換された後、マルチプレク
サ1703において適宜選択され、駆動回路1701に
入力される。一方、ディスプレイコントローラ1702
は表示する画像信号に応じて駆動回路1701の動作を
制御するための制御信号を発生する。駆動回路1701
は、前述の画像信号と制御信号に基づいてディスプレイ
パネル1700に駆動信号を印加する。これにより、デ
ィスプレイパネル1700において画像が表示される。
これらの一連の動作は、CPU1706により統括的に
制御される。また、本表示装置においては、デコーダ1
704に内蔵する画像メモリや、画像生成回路1707
及び情報の中から選択したものを表示するだけでなく、
表示する画像情報に対して、たとえば拡大、縮小、回
転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の
縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合成、消
去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめとする画像
編集を行うことも可能である。また、本実施形態の説明
では特に触れなかったが、前述の画像処理や画像編集と
同時に、音声情報に関しても処理や編集を行なうための
専用回路を設けてもよい。
The function of each unit has been described above. With the configuration illustrated in FIG. 16, in the display device of this embodiment, image information input from various image information sources can be displayed on the display panel 1700. It is. That is,
Various image signals including television broadcasts are inversely converted by a decoder 1704, appropriately selected by a multiplexer 1703, and input to a drive circuit 1701. On the other hand, the display controller 1702
Generates a control signal for controlling the operation of the driving circuit 1701 according to the image signal to be displayed. Drive circuit 1701
Applies a drive signal to the display panel 1700 based on the above-described image signal and control signal. Thus, an image is displayed on display panel 1700.
These series of operations are totally controlled by the CPU 1706. In the present display device, the decoder 1
An image memory built in the 704 and an image generation circuit 1707
And not only display the selection from the information,
For image information to be displayed, for example, image processing such as enlargement, reduction, rotation, movement, edge enhancement, thinning, interpolation, color conversion, image aspect ratio conversion, and synthesis, erasure, connection, replacement, and insertion It is also possible to perform image editing such as. Although not particularly described in the description of the present embodiment, a dedicated circuit for processing and editing audio information at the same time as the above-described image processing and image editing may be provided.

【0122】従って、本実施形態における表示装置は、
テレビジョン放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、
静止画像及び動画像を扱う画像編集機器、コンピュータ
の端末機器、ワードプロセッサをはじめとすること務用
端末機器、ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えること
が可能で、産業用或は民生用として極めて応用範囲が広
い。尚、図16は、表面伝導型電子放出素子を電子ビー
ム源とするディスプレイパネルを用いた表示装置の構成
の一例を示したにすぎず、これのみに限定されるもので
ないことは言うまでもない。たとえば、図16の構成要
素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回路は省い
ても差し支えない。またこれとは逆に、使用目的によっ
てはさらに構成要素を追加してもよい。例えば、本表示
装置をテレビ電話機として応用する場合には、テレビカ
メラ、音声マイク、照明機、モデムを含む送受信回路な
どを構成要素に追加するのが好適である。
Therefore, the display device of this embodiment is
TV broadcast display equipment, video conference terminal equipment,
It can combine the functions of image editing equipment that handles still images and moving images, computer terminal equipment, word processors and other terminal equipment for business use, game machines, etc. in a single unit, and is extremely suitable for industrial or consumer use. Wide application range. FIG. 16 shows only an example of a configuration of a display device using a display panel using a surface conduction electron-emitting device as an electron beam source, and it goes without saying that the present invention is not limited to this. For example, a circuit related to a function that is not necessary for the purpose of use among the components in FIG. 16 may be omitted. Conversely, additional components may be added depending on the purpose of use. For example, when the present display device is applied to a videophone, it is preferable to add a transmission / reception circuit including a television camera, an audio microphone, an illuminator, and a modem to the components.

【0123】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネ
ルの薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくす
ることができる。更に、表面伝導型電子放出素子を電子
ビーム源とするディスプレイパネルは、大画面化が容易
であり、輝度が高く視野角特性にも優れるため、臨場感
にあふれ、迫力に富んだ画像を視認性良く表示すること
が可能である。
In the present display device, in particular, it is easy to reduce the thickness of a display panel using a surface conduction electron-emitting device as an electron beam source, so that the depth of the display device can be reduced. Furthermore, the display panel using a surface conduction electron-emitting device as an electron beam source is easy to enlarge the screen, and has high brightness and excellent viewing angle characteristics, so that a realistic and powerful image can be easily viewed. It is possible to display well.

【0124】尚、本発明は、ホストコンピュータ、イン
タフェース、プリンタ等の複数の機器から構成されるシ
ステムに適用しても、1つの機器からなる装置に適用し
てもよい。また、本発明はシステム或は装置にプログラ
ムを供給することによって実施される場合にも適用でき
ることは言うまでもない。この場合、本発明に係るプロ
グラムを格納した記憶媒体が本発明を構成することにな
る。そして、該記憶媒体からそのプログラムをシステム
或は装置に読み出すことによって、そのシステム或は装
置が、予め定められた仕方で動作する。
The present invention may be applied to a system including a plurality of devices such as a host computer, an interface, and a printer, or may be applied to an apparatus including a single device. Needless to say, the present invention can be applied to a case where the present invention is implemented by supplying a program to a system or an apparatus. In this case, the storage medium storing the program according to the present invention constitutes the present invention. Then, by reading the program from the storage medium to a system or an apparatus, the system or the apparatus operates in a predetermined manner.

【0125】[0125]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製造が容易な電流量補正電極を使用した表面伝導型電子
放出素子により、真空中に放出された電子の制御におい
て、アノードへ到達する電子量の高効率化が実現した。
As described above, according to the present invention,
The surface conduction electron-emitting device using the current correction electrode, which is easy to manufacture, has realized high efficiency of the amount of electrons reaching the anode in controlling electrons emitted in vacuum.

【0126】更に、本発明の電子源により構成された画
像形成装置は、安定に制御された高効率な電子放出特性
を備えた画像形成装置、例えば蛍光体を画像形成部材と
する画像形成装置においては、低電流で明るい高品位な
カラーフラットテレビ等の提供が実現する。
Further, the image forming apparatus constituted by the electron source of the present invention is applied to an image forming apparatus having stable and controlled electron emission characteristics, for example, an image forming apparatus using a phosphor as an image forming member. Can realize provision of a bright, high-quality color flat television with low current.

【0127】[0127]

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

【図1】本発明の実施形態としての電子放出量制御素子
の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electron emission amount control element as an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態としての電子放出量制御素子
の電子放出部を上部及び側面図である。
FIG. 2 is a top view and a side view of an electron emission portion of the electron emission amount control element according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態としての電子放出素子の斜視
図である。
FIG. 3 is a perspective view of an electron-emitting device as an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態としての電子放出量制御素子
の製造工程を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the electron emission amount control element as the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態としての測定評価装置の概略
構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a measurement and evaluation device as an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態としての電子放出量制御素子
へ印加する電圧パルスを示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating voltage pulses applied to an electron emission amount control element according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態としての電子放出量制御素子
の活性化時間と素子特性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an activation time and an element characteristic of an electron emission amount control element as an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態としての電子放出量制御素子
の素子特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing element characteristics of an electron emission amount control element as an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態としての電子源である基板の
構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a substrate as an electron source according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態としての画像形成装置の基
本構成図である。
FIG. 10 is a basic configuration diagram of an image forming apparatus as an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施形態としての画像形成装置の蛍
光膜を示す図である
FIG. 11 is a diagram showing a fluorescent film of the image forming apparatus as an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2実施形態としての電子源の平面
図である。
FIG. 12 is a plan view of an electron source according to a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2実施形態としての電子源のA−
A’断面図である。
FIG. 13 shows an electron source A- according to a second embodiment of the present invention.
It is A 'sectional drawing.

【図14】本発明の第2実施形態としての電子源の製造
工程を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a manufacturing process of the electron source according to the second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2実施形態としての電子源の製造
工程を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a manufacturing process of the electron source according to the second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第3実施形態としての表示装置の基
本構成図である。
FIG. 16 is a basic configuration diagram of a display device according to a third embodiment of the present invention.

【図17】従来例としての表面伝導型電子放出素子の基
本構成図である。
FIG. 17 is a basic configuration diagram of a surface conduction electron-emitting device as a conventional example.

【図18】従来例としての電子放出量制御素子の説明図
である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of an electron emission amount control element as a conventional example.

【図19】従来例としての表面伝導型電子放出素子の電
位分布と電子軌道に関する説明図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating a potential distribution and an electron trajectory of a surface conduction electron-emitting device as a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電流量補正電極 3 絶縁体層 6,7 絶縁体層 8 空洞部 9 犠牲層 11 基板 12,13 素子電極 14 電子放出部を含む薄膜 15 亀裂 16 電子放出部 17 放出電子の軌跡 18 アノード電極 51,55 電源 52,54 電流計 53 高圧電源 101 絶縁性基板 102 X方向配線 103 Y方向配線 104 表面伝導型電子放出素子 105 結線 106 配線 111 電子源基板 112 リアプレート 113 フェースプレート 114 ガラス基板 115 蛍光膜 116 メタルバック 117 支持枠 118 外囲器 119 電子放出部 121 黒色導電体 122 蛍光体 151 絶縁層 152 コンタクトホール 161 Cr膜 163 コンタクトホール 164 絶縁体層 201 絶縁性基板 202 電子放出部形成用薄膜 203 電子放出部 204 電子放出部を含む薄膜 1700 ディスプレイパネル 1701 駆動回路 1702 ディスプレイパネルコントローラ 1703 マルチプレクサ 1704 デコーダ 1705 入出力インターフェース回路 1706 CPU 1707 画像生成回路 1708,1709,1710 画像メモリインターフ
ェース回路 1711 画像入力インターフェース回路 1712,1713 TV信号受信回路 1714 入力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current correction electrode 3 Insulator layer 6, 7 Insulator layer 8 Cavity part 9 Sacrifice layer 11 Substrate 12, 13 Element electrode 14 Thin film including electron emission part 15 Crack 16 Electron emission part 17 Trace of emitted electron 18 Anode electrode 51 , 55 power supply 52, 54 ammeter 53 high-voltage power supply 101 insulating substrate 102 X-directional wiring 103 Y-directional wiring 104 surface conduction electron-emitting device 105 connection 106 wiring 111 electron source substrate 112 rear plate 113 faceplate 114 glass substrate 115 fluorescent film 116 Metal Back 117 Support Frame 118 Envelope 119 Electron Emitting Part 121 Black Conductor 122 Phosphor 151 151 Insulating Layer 152 Contact Hole 161 Cr Film 163 Contact Hole 164 Insulating Layer 201 Insulating Substrate 202 Thin Film for Electron Emitting Part 203 Electron Emission part 2 4 Thin film including electron-emitting section 1700 Display panel 1701 Drive circuit 1702 Display panel controller 1703 Multiplexer 1704 Decoder 1705 Input / output interface circuit 1706 CPU 1707 Image generation circuit 1708, 1709, 1710 Image memory interface circuit 1711 Image input interface circuit 1712, 1713 TV Signal receiving circuit 1714 Input section

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された薄膜に電流を流すこ
とによりアノード電極に向かって電子を放出する電子放
出手段を備えた電子放出素子において、 その放出された電子が透過する程度に薄い薄膜である電
極に、電圧を印加することを特徴とする電子放出素子。
1. An electron-emitting device having an electron-emitting means for emitting electrons toward an anode electrode by passing a current through a thin film formed on a substrate, wherein the thin film is thin enough to transmit the emitted electrons. An electron-emitting device, wherein a voltage is applied to the electrode.
【請求項2】 前記薄膜である電極は、前記電子放出手
段から所定の距離だけ平行に前記アノード電極側に位置
することを特徴とする請求項1記載の電子放出素子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electrode, which is the thin film, is located parallel to the anode electrode by a predetermined distance from the electron-emitting means.
【請求項3】 前記基板上に形成された薄膜は、前記基
板上に所定の間隙を介して位置する2つの電極を跨ぐよ
うに形成されていることを特徴とする請求項1記載の電
子放出素子。
3. The electron emission device according to claim 1, wherein the thin film formed on the substrate is formed so as to straddle two electrodes located on the substrate with a predetermined gap therebetween. element.
【請求項4】 前記電子放出手段は、前記基板上に所定
の間隙を介して位置する2つの電極間に印加する電圧を
変化させることにより、前記電子の放出量を制御するこ
とを特徴とする請求項2記載の電子放出素子。
4. The electron emission means controls the amount of emitted electrons by changing a voltage applied between two electrodes located on the substrate with a predetermined gap therebetween. The electron-emitting device according to claim 2.
【請求項5】 前記薄膜である電極に印加する電圧を固
定し、前記電子放出手段が放出する電子のうち、前記薄
膜である電極を透過する電子の透過率が5%以上となる
ように、前記薄膜である電極の厚さを定めたことを特徴
とする請求項1記載の電子放出素子。
5. The method according to claim 1, wherein a voltage applied to the thin-film electrode is fixed, and a transmittance of electrons transmitted through the thin-film electrode among the electrons emitted by the electron-emitting means is 5% or more. 2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the thickness of the thin film electrode is determined.
【請求項6】 真空の雰囲気内に置かれていることを特
徴とする請求項1記載の電子放出素子。
6. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is placed in a vacuum atmosphere.
【請求項7】 前記電子放出手段は、表面伝導型電子放
出素子であることを特徴とする請求項1記載の電子放出
素子。
7. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said electron-emitting device is a surface conduction electron-emitting device.
【請求項8】 前記基板上に形成された薄膜は、抵抗体
である導電性微粒子であって、金属または金属酸化物に
より生成されていることを特徴とする請求項1記載の電
子放出素子。
8. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the thin film formed on the substrate is a conductive fine particle serving as a resistor, and is made of a metal or a metal oxide.
【請求項9】 請求項1記載の電子放出素子を複数個使
用したことを特徴とする画像形成装置。
9. An image forming apparatus comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1.
【請求項10】 互いに電気的に絶縁されたM本の横方
向配線と、N本の縦方向配線をマトリックス状に配置
し、その横方向配線及び縦方向配線によって前記基板上
に所定の間隙を介して位置する2つの電極と、前記薄膜
である電極とを生成したことを特徴とする請求項9記載
の画像形成装置。
10. A method in which M horizontal wirings and N vertical wirings electrically insulated from each other are arranged in a matrix, and a predetermined gap is formed on the substrate by the horizontal wirings and the vertical wirings. The image forming apparatus according to claim 9, wherein two electrodes positioned through the thin film and an electrode that is the thin film are generated.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109285740A (en) * 2018-11-12 2019-01-29 北京大学 A kind of on piece micro electric component and its manufacturing method
JP2022511709A (en) * 2018-11-12 2022-02-01 北京大学 On-chip miniature electron source and its manufacturing method

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