JP2010040233A - Electron emitting element and method of manufacturing the same, and image display apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformly and inexpensively provide an electron emitting element having excellent electron emitting characteristics by uniformly forming a gap in a film for forming electron emitting part mainly composed of carbon with low electric power. <P>SOLUTION: In the electron emitting element, there is formed an electrode part 2 having a pair of electrodes 3a, 3b and a film 4 for forming electron emitting part held between the electrodes on a substrate 1, and electric power is supplied between the electrodes to form a gap 5 in the film 4. The film 4 is a laminate of a first thin film 4a in which first fine metal particles are dispersed in carbon, and a second thin film 4b containing a second metal having a lower melting point than the first metal or having a vapor pressure of ≥1.33×10<SP>-3</SP>Pa at 1,000°C. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイに用いられる表面伝導型の電子放出素子と、その製造方法に関し、さらには、該電子放出素子を用いてなる画像表示装置に関するものである。   The present invention relates to a surface conduction electron-emitting device used for a flat panel display and a manufacturing method thereof, and further relates to an image display device using the electron-emitting device.

表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。典型的な構成としては、基板上に一対の電極と、該電極間を連絡する電子放出部形成膜とを形成し、通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって、該電子放出部形成膜に間隙を形成したものである。当該構成で一対の電極間に電圧を印加すると、該間隙から電子が放出される。   The surface conduction electron-emitting device utilizes a phenomenon in which electron emission occurs when a current flows through a small-area thin film formed on a substrate in parallel to the film surface. As a typical configuration, a pair of electrodes and an electron emission portion forming film communicating between the electrodes are formed on a substrate, and a gap is formed in the electron emission portion forming film by an energization process called energization forming. Is. When a voltage is applied between the pair of electrodes in this configuration, electrons are emitted from the gap.

上記電子放出部形成膜の製造方法としては、従来よりスパッタ法や蒸着法、有機金属含有溶液をスピンナー塗布してパターニングし、熱分解する方法、インクジェット法によって、基板上に有機金属含有溶液の液滴を付与し、加熱する方法などが提案されている。   As the method for producing the electron emission portion forming film, conventionally, a sputtering method, a vapor deposition method, a method of applying an organic metal-containing solution by spinner coating, patterning, thermal decomposition, an inkjet method, and a solution of an organic metal-containing solution on a substrate. A method of applying droplets and heating has been proposed.

中でもスパッタ法は、液晶表示装置やプラズマディスプレイなどの大画面ディスプレイへの実用化が進んでおり、大面積化技術として成熟してきており、均一な膜を安定に得ることが容易になってきている。   Above all, sputtering has been put into practical use for large-screen displays such as liquid crystal display devices and plasma displays, and has matured as a technology for increasing the area, making it easier to stably obtain a uniform film. .

また、電子放出部形成膜としては、Ａｕ薄膜やＩｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜、カーボン薄膜やＰｄ膜が挙げられ、特許文献１には金属または金属化合物とカーボンとの混合膜が挙げられている。特にカーボンを主体とする膜は、その耐熱性の高さから、駆動安定性等の優れた電子放出特性が得られることが期待される。 Examples of the electron emission portion forming film include an Au thin film, an In ₂ O ₃ / SnO ₂ thin film, a carbon thin film, and a Pd film. Patent Document 1 includes a mixed film of a metal or a metal compound and carbon. Yes. In particular, a film mainly composed of carbon is expected to obtain excellent electron emission characteristics such as driving stability because of its high heat resistance.

特開２００６−４９１１７１号公報JP 2006-491171 A

カーボンを主体とする電子放出部形成膜は、優れた電子放出特性が期待されているものの、これまで実用化することができなかった。その理由は、その優れた耐熱性にある。上述の如く、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膜に予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部となる間隙を形成するのが一般的である。通電フォーミングは、薄膜に通電することで、薄膜内に高い電流密度が発生し、そのジュール熱により薄膜内に間隙が形成される現象である。   Although an electron emission portion forming film mainly composed of carbon is expected to have excellent electron emission characteristics, it has not been practically used so far. The reason is its excellent heat resistance. As described above, in the surface conduction electron-emitting device, it is common to form a gap serving as an electron emission portion in advance in the electron emission portion forming film by an energization process called energization forming before electron emission. The energization forming is a phenomenon in which when a thin film is energized, a high current density is generated in the thin film, and a gap is formed in the thin film by the Joule heat.

しかしながら、カーボン薄膜はその耐熱性の高さゆえ、通電しても薄膜内に間隙が形成されにくく、間隙を形成できても多くの電力を要したり、多くの電力を使用する結果膜がめくれあがったり間隙の幅が不均一になるなどの問題を生じることがあった。   However, because of the high heat resistance of carbon thin films, it is difficult for gaps to be formed in the thin film even when energized, and even if gaps can be formed, a large amount of electric power is required or the film is turned up as a result of using a lot of electric power. In some cases, problems such as rising or non-uniform width of the gap occur.

本発明は、このような問題を解決し、カーボンを主体とする電子放出部形成膜に均一に且つ低電力で間隙を形成することで、優れた電子放出特性を有する電子放出素子を均一に且つ低い製造コストで提供することを目的とする。さらには、該電子放出素子を用いて画像品質に優れた画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention solves such a problem, and uniformly forms a gap at a low power with an electron emitting portion forming film mainly composed of carbon, so that an electron emitting device having excellent electron emitting characteristics can be formed uniformly and It is intended to provide at a low manufacturing cost. Furthermore, it aims at providing the image display apparatus excellent in image quality using this electron-emitting element.

本発明の第１は、基板上に、一対の電極と該電極間に挟持された電子放出部形成膜とを有する電極部を形成し、該電極間に通電処理を施すことにより、上記電子放出部形成膜に間隙を形成した電子放出素子であって、
該電子放出部形成膜が、カーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜と、該第１の金属より低融点の第２の金属を含む第２の薄膜との積層膜であり、シート抵抗値が１．８×１０⁵Ω／□以下であることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, an electrode portion having a pair of electrodes and an electron emission portion forming film sandwiched between the electrodes is formed on a substrate, and an electric conduction process is performed between the electrodes, whereby the electron emission is performed. An electron-emitting device in which a gap is formed in the part forming film,
The electron emission portion forming film is a laminated film of a first thin film in which a first metal is dispersed in the form of fine particles in carbon and a second thin film containing a second metal having a melting point lower than that of the first metal. The sheet resistance value is 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less.

本発明の第２は、基板上に、一対の電極と該電極間に挟持された電子放出部形成膜とを有する電極部を形成し、該電極間に通電処理を施すことにより、上記電子放出部形成膜に間隙を形成する電子放出素子の製造方法であって、
上記電子放出部形成膜が、カーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜と、該第１の金属より低融点の第２の金属を含む第２の薄膜との積層膜であり、シート抵抗値が１．８×１０⁵Ω／□以下であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, an electron part having a pair of electrodes and an electron emission part forming film sandwiched between the electrodes is formed on a substrate, and an electric current treatment is performed between the electrodes, whereby the electron emission is performed. A method of manufacturing an electron-emitting device that forms a gap in a part formation film,
The electron emission portion forming film is a laminated film of a first thin film in which a first metal is dispersed in the form of fine particles in carbon and a second thin film containing a second metal having a melting point lower than that of the first metal. The sheet resistance value is 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less.

上記本発明の第１及び第２においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記第１の金属が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である。
前記第２の金属が、Ｇｅ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である。 In the said 1st and 2nd of this invention, the following structure is included as a preferable aspect.
The first metal is one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Pd, Pt, Ir, and Rh.
The second metal is one or more selected from the group consisting of Ge, Al, Ag, Au, and Cu.

また本発明の第２においては、
前記電子放出部形成膜をスパッタ法により成膜すること、
を好ましい態様として含む。 In the second aspect of the present invention,
Forming the electron emission portion forming film by a sputtering method;
Is included as a preferred embodiment.

本発明の第３は、基板上に、一対の電極と該電極間に挟持された電子放出部形成膜とを有する電極部を形成し、該電極間に通電処理を施すことにより、上記電子放出部形成膜に間隙を形成した電子放出素子であって、
該電子放出部形成膜が、カーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜と、１０００℃における蒸気圧が１．３３×１０^-3Ｐａ以上である該第２の金属を含む第２の薄膜との積層膜であり、シート抵抗値が１．８×１０⁵Ω／□以下であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, an electron part having a pair of electrodes and an electron emission part forming film sandwiched between the electrodes is formed on a substrate, and an energization process is performed between the electrodes, whereby the electron emission is performed. An electron-emitting device in which a gap is formed in the part forming film,
The electron emission portion forming film includes: a first thin film in which a first metal is dispersed in a fine particle form in carbon; and a second metal having a vapor pressure at 1000 ° C. of 1.33 × 10 ⁻³ Pa or more. And a sheet resistance value of 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less.

本発明の第４は、基板上に、一対の電極と該電極間に挟持された電子放出部形成膜とを有する電極部を形成し、該電極間に通電処理を施すことにより、上記電子放出部形成膜に間隙を形成する電子放出素子の製造方法であって、
上記電子放出部形成膜が、カーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜と、１０００℃における蒸気圧が１．３３×１０^-3Ｐａ以上である第２の金属を含む第２の薄膜との積層膜であり、シート抵抗値が１．８×１０⁵Ω／□以下であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, an electron part having a pair of electrodes and an electron emission part forming film sandwiched between the electrodes is formed on a substrate, and an electric current treatment is performed between the electrodes, whereby the electron emission is performed. A method of manufacturing an electron-emitting device that forms a gap in a part formation film,
The electron emission portion forming film includes a first thin film in which a first metal is dispersed in the form of fine particles in carbon, and a second metal having a vapor pressure at 1000 ° C. of 1.33 × 10 ⁻³ Pa or more. It is a laminated film with the second thin film, and has a sheet resistance value of 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less.

上記本発明の第３及び第４においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記第１の金属が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である。
前記第２の金属が、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である。 In the said 3rd and 4th of this invention, the following structure is included as a preferable aspect.
The first metal is one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Pd, Pt, Ir, and Rh.
The second metal is one or more selected from the group consisting of Ge, Al, Sn, and In.

また本発明の第４においては、
前記電子放出部形成膜をスパッタ法により成膜すること、
を好ましい態様として含む。 In the fourth aspect of the present invention,
Forming the electron emission portion forming film by a sputtering method;
Is included as a preferred embodiment.

本発明の第５は、上記本発明の第１或いは第３の電子放出素子を複数個と、該電子放出素子に電圧を印加するための複数の配線とを備えた電子源と、該電子源の電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材を備えた対向基板とを有することを特徴とする画像表示装置である。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an electron source comprising a plurality of the first or third electron-emitting devices of the present invention and a plurality of wirings for applying a voltage to the electron-emitting devices, and the electron source And a counter substrate provided with a light emitting member that emits light when irradiated with electrons emitted from the electron emitting element.

本発明によれば、耐熱性の高いカーボンを主体とする膜を用いながら、電子放出部形成膜に低電力で間隙を形成することができ、電気特性のばらつきが少なく、優れた電子放出特性を有する電子放出素子を低コストで提供することができる。よって、該電子放出素子を用いて、高画質表示の画像表示装置を提供することができる。   According to the present invention, while using a film mainly composed of carbon having high heat resistance, a gap can be formed in the electron emission portion forming film with low power, and there is little variation in electrical characteristics, and excellent electron emission characteristics are achieved. It is possible to provide an electron-emitting device having low cost. Therefore, an image display device with high image quality display can be provided using the electron-emitting device.

本発明者等は、カーボン膜中に第１の金属を微粒子として分散させた第１の薄膜上に、第２の金属を含む第２の薄膜を積層することで、当該積層膜に均一にかつ低電力で間隙を形成することができることを見出した。   The present inventors laminated a second thin film containing the second metal on the first thin film in which the first metal is dispersed as fine particles in the carbon film, so that the laminated film is uniformly and It was found that the gap can be formed with low power.

本発明の第１の形態は、上記第２の金属が第１の金属よりも低融点である構成であり、第２の形態は、上記第２の金属が、１０００℃における蒸気圧が１．３３×１０^-3Ｐａ以上である構成である。 In the first aspect of the present invention, the second metal has a lower melting point than that of the first metal. In the second aspect, the second metal has a vapor pressure of 1.degree. The configuration is 33 × 10 ⁻³ Pa or more.

カーボンを主体とする電子放出部形成膜に通電フォーミングを施した際、該膜はジュール熱によって加熱され、最終的に膜構成物質の分解・昇華により間隙が形成される。この際、
（１）電子放出部形成膜の低抵抗化
（２）ジュール熱による金属微粒子の凝集・移動
（３）カーボン中に生成したボイドの連結
などが相互に進行しつつ間隙を形成すると推定される。 When energization forming is performed on the electron emission portion forming film mainly composed of carbon, the film is heated by Joule heat, and finally a gap is formed by decomposition and sublimation of the film constituent material. On this occasion,
(1) Reducing the resistance of the electron emission portion forming film (2) Aggregation and movement of metal fine particles due to Joule heat (3) It is presumed that a gap is formed while the connection of voids generated in the carbon proceeds mutually.

また、電子放出部形成膜に形成される間隙の近傍における金属微粒子の残存量が少ないほど、駆動安定性の優れた電子放出素子となる。   In addition, the smaller the remaining amount of the metal fine particles in the vicinity of the gap formed in the electron emission portion forming film, the more excellent the electron emission element in driving stability.

本発明において、第１の形態は上記（２）の作用を向上させることができる。また、第２の形態は最終的な膜構成物質の分解・昇華を向上させて、間隙の近傍における金属微粒子の残存量を減らすことができる。   In the present invention, the first mode can improve the action (2). Further, the second embodiment can improve the decomposition and sublimation of the final film constituent material, and can reduce the remaining amount of metal fine particles in the vicinity of the gap.

本発明において、電子放出部形成膜を構成する第１の薄膜に含有される第１の金属には、以下の作用が求められる。
（１）カーボンマトリックス中で微粒子形態を形成して通電フォーミング時の間隙形成をアシストすること。
（２）その含有率の増減で電子放出部形成膜の抵抗を調整することが可能なこと。
（３）スパッタ時に粗大粒子などの異物を形成しにくいこと。
（４）通電処理時にカーボンの結合性を調整できること。 In the present invention, the following effects are required for the first metal contained in the first thin film constituting the electron emission portion forming film.
(1) Assisting gap formation during energization forming by forming a fine particle form in the carbon matrix.
(2) The resistance of the electron emission portion forming film can be adjusted by increasing or decreasing the content.
(3) It is difficult to form foreign particles such as coarse particles during sputtering.
(4) The ability to adjust carbon binding during energization treatment.

本発明に係る第１の薄膜中の金属微粒子の直径は、好ましくは１ｎｍ乃至５ｎｍである。   The diameter of the metal fine particles in the first thin film according to the present invention is preferably 1 nm to 5 nm.

また、第１の薄膜中に微粒子形態で分散される第１の金属としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈよりなる群から選択される一種又は２種以上が好ましく、より好ましくは、ＮｉまたはＣｏまたはＰｄ、またはこれらを併用することである。   The first metal dispersed in the first thin film in the form of fine particles is preferably one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Pd, Pt, Ir and Rh, more preferably Ni or Co or Pd, or a combination thereof.

本発明の第１の形態において、第２の薄膜を構成する第２の金属としては、第１の金属よりも低融点の金属であり、好ましくは、Ｇｅ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕよりなる群から選択される一種又は二種以上である。より好ましくは、ＧｅまたはＡｌ、またはこれらを併用することである。   In the first embodiment of the present invention, the second metal constituting the second thin film is a metal having a melting point lower than that of the first metal, and is preferably made of Ge, Al, Ag, Au, or Cu. It is 1 type, or 2 or more types selected from the group. More preferably, Ge or Al, or a combination thereof is used.

また、本発明の第２の形態において、第２の薄膜を構成する第２の金属としては、１０００℃における蒸気圧が１．３３×１０^-3Ｐａ以上であるが、好ましくは、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎよりなる群から選択される一種又は二種以上である。より好ましくは、ＧｅまたはＡｌ、またはこれらを併用することである。 In the second embodiment of the present invention, the second metal constituting the second thin film has a vapor pressure at 1000 ° C. of 1.33 × 10 ⁻³ Pa or more, preferably Ge, Al , Sn, In, or one or more selected from the group consisting of In and In. More preferably, Ge or Al, or a combination thereof is used.

尚、本発明において、第２の薄膜は上記作用を得るための部材であるため、少なくとも第１の薄膜上に形成されていればよいが、第１の薄膜以外の領域にも延長して帯電防止膜として用いることも可能である。   In the present invention, since the second thin film is a member for obtaining the above action, it is sufficient that it is formed on at least the first thin film. It can also be used as a prevention film.

また、電子放出部形成膜の製造方法としては、上述したように有機金属含有溶液をスピンナー或いはインクジェット法によって基板上に付与し、加熱する方法、蒸着法などを用いることができる。しかしながら、本発明においては、スパッタ法により電子放出部形成膜を製造することが好ましい。   Moreover, as a manufacturing method of an electron emission part formation film, the organic metal containing solution is provided on a board | substrate with a spinner or the inkjet method as mentioned above, the method of heating, a vapor deposition method, etc. can be used. However, in the present invention, it is preferable to manufacture the electron emission portion forming film by sputtering.

以下に図面を参照して、本発明の電子放出素子の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Exemplary embodiments of an electron-emitting device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to them.

図１は、本発明の電子放出素子の好ましい実施形態を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図中、１は基板、２は電極部、３ａと３ｂは電極、４は電子放出部形成膜であり、第１の薄膜４ａと第２の薄膜４ｂとの積層膜である。５は電子放出部形成膜４に形成された間隙である。   1A and 1B schematically show a preferred embodiment of the electron-emitting device of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. In the figure, 1 is a substrate, 2 is an electrode portion, 3a and 3b are electrodes, 4 is an electron emission portion forming film, and a laminated film of a first thin film 4a and a second thin film 4b. Reference numeral 5 denotes a gap formed in the electron emission portion forming film 4.

本発明の電子放出素子は、基板１上に一対の電極３ａ，３ｂと、該電極３ａと３ｂとに挟持された電子放出部形成膜４を有し、該電子放出部形成膜４には、電子放出部である間隙５が形成されている。   The electron-emitting device of the present invention has a pair of electrodes 3a and 3b on the substrate 1 and an electron-emitting portion forming film 4 sandwiched between the electrodes 3a and 3b. A gap 5 that is an electron emission portion is formed.

基板１としては、例えば石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、ＳｉＯ₂を表面に形成したガラス基板及びアルミナ等のセラミックス基板等が挙げられる。必要な場合には上記基板を十分にクリーニングした後、シランカップリング剤を用いて基板表面を疎水化処理する。 Examples of the substrate 1 include quartz glass, glass with reduced impurity content such as Na, blue plate glass, a glass substrate with SiO ₂ formed on the surface, and a ceramic substrate such as alumina. If necessary, the substrate is sufficiently cleaned, and then the substrate surface is hydrophobized using a silane coupling agent.

電極３ａ，３ｂの材料としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物が挙げられる。また、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等が挙げられる。 Materials for the electrodes 3a and 3b include Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, Pb, and other metals, PdO, SnO ₂ , In ₂ O ₃ and oxides such as PbO and Sb ₂ O ₃ . _{Further, HfB 2, ZrB 2, LaB} 6, CeB 6, YB 4, GdB borides such as _{4, TiC, ZrC, HfC,} TaC, SiC, and WC, etc., TiN, ZrN, nitrides such as HfN, Si , Semiconductors such as Ge, carbon and the like.

電極対３ａ，３ｂの間隔Ｌは、数百Å乃至数百μｍである。また、電極対間に印加する電圧は低い方が望ましく、再現良く作製することが要求されるため、好ましい間隔Ｌは数百Å乃至数μｍである。   The distance L between the electrode pairs 3a and 3b is several hundred to several hundred μm. Further, it is desirable that the voltage applied between the electrode pair is low, and it is required to produce the electrode with good reproducibility. Therefore, the preferable interval L is several hundreds of μm to several μm.

電子放出部形成膜４については、上記したようにカーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜４ａと、第２の金属を少なくとも構成成分とする第２の薄膜４ｂとの積層膜とする。第１の薄膜４ａにおいて、第１の金属の含有量は１乃至２０ａｔｏｍ％が好ましい。また、第１の薄膜４ａの膜厚としては、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましいが、これは第１の薄膜４ａの膜厚が５ｎｍ未満であるとその抵抗値がバラツキやすくなり、得られる電子放出素子の特性もバラツキやすくなるためである。   Regarding the electron emission portion forming film 4, as described above, the first thin film 4a in which the first metal is dispersed in the form of fine particles in carbon and the second thin film 4b having at least the second metal as a constituent component. A laminated film is used. In the first thin film 4a, the content of the first metal is preferably 1 to 20 atom%. Further, the film thickness of the first thin film 4a is preferably 5 nm or more and 50 nm or less. However, when the film thickness of the first thin film 4a is less than 5 nm, the resistance value is likely to vary, and the first thin film 4a is obtained. This is because the characteristics of the electron-emitting devices are likely to vary.

また、第２の薄膜４ｂの膜厚としては２ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。   The film thickness of the second thin film 4b is preferably 2 nm or more and 10 nm or less.

さらに、電子放出部形成膜４としては第１の薄膜４ａ及び第２の薄膜４ｂを合わせた全体でシート抵抗値Ｒｓが１．８×１０⁵Ω／□以下となるように構成する。好ましくはＲｓが１．０×１０⁵Ω／□以上１．８×１０⁵Ω／□以下の値である。第１の薄膜４ａについては、１．０×１０⁵Ω／□以上１．８×１０⁵Ω／□以下が好ましく、第２の薄膜４ｂについては５×１０⁹Ω／□以上１×１０¹¹Ω／□以下がそれぞれ好ましい。特に、第２の薄膜４ｂを帯電防止膜として用いる場合には、第２の薄膜４ｂのＲｓは５×１０⁹Ω／□以上５×１０¹⁰Ω／□以下が好ましい。尚、Ｒｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときに表される値である。 Further, the electron emission portion forming film 4 is configured such that the sheet resistance value Rs is 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less as a whole by combining the first thin film 4a and the second thin film 4b. Rs is preferably 1.0 × 10 ⁵ Ω / □ or more and 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less. For the first thin film 4a, 1.0 × 10 ⁵ Ω / □ or more and 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less is preferable, and for the second thin film 4b, 5 × 10 ⁹ Ω / □ or more and 1 × 10 ¹¹ or less. Ω / □ or less is preferable. In particular, when the second thin film 4b is used as an antistatic film, the Rs of the second thin film 4b is preferably 5 × 10 ⁹ Ω / □ or more and 5 × 10 ¹⁰ Ω / □ or less. Rs is a value expressed when a resistance R measured in the length direction of a thin film having a width w and a length l is set as R = Rs (l / w).

電子放出部形成膜４の形成においては、ＲＦスパッタ法、ＤＣスパッタ法、蒸着法以外に塗布方法、回転塗布方法、ディップ方法、インクジェット法なども可能であるが、本発明においては、スパッタ法特にＲＦスパッタ法を用いることが好ましい。   In the formation of the electron emission portion forming film 4, in addition to the RF sputtering method, the DC sputtering method, and the vapor deposition method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, an ink jet method, and the like are possible. It is preferable to use an RF sputtering method.

また、有機化合物を含む溶液を塗布する方法などを用いた場合は、有機化合物膜を無機カーボンに変化させる必要がある。これに用いる手段に特に制限は無いが、真空環境下で加熱する手法が好ましい。加熱温度は２５０℃以上５５０℃以下、好ましくは３５０℃以上５５０℃以下とするのが好ましい。   Moreover, when the method of apply | coating the solution containing an organic compound etc. is used, it is necessary to change an organic compound film into inorganic carbon. There are no particular restrictions on the means used for this, but a method of heating in a vacuum environment is preferred. The heating temperature is 250 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or higher and 550 ° C. or lower.

次に、以上のようにして作製した電子放出部形成膜４に電子放出部となる間隙５を形成する通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施す。   Next, an energization process called energization forming for forming the gap 5 to be an electron emission portion is performed on the electron emission portion forming film 4 manufactured as described above.

通電フォーミングは、所定の真空度のもとで電極部２の電極３ａ，３ｂ間に不図示の電源より通電することにより、電子放出部形成膜４に、構造の変化した間隙（亀裂）５を形成する処理である。   In energization forming, a gap (crack) 5 having a changed structure is formed in the electron emission portion forming film 4 by energizing a power source (not shown) between the electrodes 3a and 3b of the electrode portion 2 under a predetermined degree of vacuum. It is a process to form.

通電フォーミングにおいて電極３ａ，３ｂ間に印加する電圧波形の例を図２に示す。電圧波形は、特にパルス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加する図２（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加させながらパルスを印加する図２（ｂ）に示した手法がある。   An example of a voltage waveform applied between the electrodes 3a and 3b in the energization forming is shown in FIG. The voltage waveform is particularly preferably a pulse waveform. For this purpose, there are a method shown in FIG. 2A in which a pulse having a pulse peak value as a constant voltage is continuously applied, and a method shown in FIG. 2B in which a pulse is applied while increasing the pulse peak value. is there.

先ず、パルス波高値を定電圧とした場合について図２（ａ）で説明する。図２（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常、Ｔ１は１μ秒乃至１０ｍ秒、Ｔ２は１０μ秒乃至１００ｍ秒の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素子の形態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は、三角波に限定されるものではなく、矩形波等の所望の波形を採用することができる。   First, the case where the pulse peak value is a constant voltage will be described with reference to FIG. T1 and T2 in FIG. 2A are the pulse width and pulse interval of the voltage waveform. Usually, T1 is set in the range of 1 μsec to 10 msec, and T2 is set in the range of 10 μsec to 100 msec. The peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) is appropriately selected according to the form of the electron-emitting device. Under such conditions, for example, a voltage is applied for several seconds to several tens of minutes. The pulse waveform is not limited to a triangular wave, and a desired waveform such as a rectangular wave can be adopted.

次に、パルス波高値を増加させながら電圧パルスを印加する場合について図２（ｂ）で説明する。図２（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図２（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ、増加させることができる。   Next, the case where a voltage pulse is applied while increasing the pulse peak value will be described with reference to FIG. T1 and T2 in FIG. 2B can be the same as those shown in FIG. The peak value of the triangular wave (peak voltage during energization forming) can be increased by, for example, about 0.1 V step.

通電フォーミング処理の終了は、パルス電圧印加中の素子に流れる電流を測定して抵抗値を求めて、例えば１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了させることができる。   The end of the energization forming process can be completed when the resistance value is obtained by measuring the current flowing through the element to which the pulse voltage is applied, and the energization forming can be terminated when a resistance of, for example, 1 MΩ or more is indicated.

先に述べたように、この通電フォーミングにより形成した間隙５からの電子放出は、現状の条件ではまだ電子放出効率が非常に低いものである。よって、後述するように活性化と呼ばれる通電処理を施すのが好ましい。   As described above, the electron emission efficiency from the gap 5 formed by the energization forming is still very low under the current conditions. Therefore, it is preferable to apply an energization process called activation as will be described later.

この活性化処理は、炭素含有ガスを含む雰囲気下、適当な真空度のもとで、パルス電圧を電極３ａ，３ｂ間に繰り返し印加することによって炭素含有ガスに由来する炭素或いは炭素化合物を、前記間隙５近傍にカーボン膜として堆積させる処理である。   In this activation treatment, carbon or a carbon compound derived from the carbon-containing gas is obtained by repeatedly applying a pulse voltage between the electrodes 3a and 3b under an appropriate vacuum degree in an atmosphere containing the carbon-containing gas. In this process, a carbon film is deposited in the vicinity of the gap 5.

本工程において例えばカーボン源としてトルニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａ程度を維持する。導入するトルニトリルの圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０^-5Ｐａ乃至１×１０^-2Ｐａ程度が好適である。 In this step, for example, tolunitrile is used as a carbon source and is introduced into the vacuum space through a slow leak valve to maintain about 1.3 × 10 ⁻⁴ Pa. The pressure of tolunitrile to be introduced is slightly affected by the shape of the vacuum apparatus and the members used in the vacuum apparatus, but is preferably about 1 × 10 ⁻⁵ Pa to 1 × 10 ⁻² Pa.

図３に、活性化処理で用いられる電圧印加の好ましい一例を示した。印加する最大電圧値は、１０乃至２０Ｖの範囲で適宜選択される。   FIG. 3 shows a preferred example of voltage application used in the activation process. The maximum voltage value to be applied is appropriately selected in the range of 10 to 20V.

図３（ａ）において、Ｔ１は電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。また、図３（ｂ）において、Ｔ１及びＴ１’はそれぞれ電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。   In FIG. 3A, T1 is a positive and negative pulse width of the voltage waveform, T2 is a pulse interval, and the positive and negative absolute values of the voltage value are set equal. In FIG. 3B, T1 and T1 ′ are the positive and negative pulse widths of the voltage waveform, T2 is the pulse interval, and T1> T1 ′, and the voltage values are set to have the same positive and negative absolute values. .

本処理においては、放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了する。   In this process, energization is stopped when the emission current Ie reaches almost saturation, the slow leak valve is closed, and the activation process is terminated.

上記した工程を経て得られた電子放出素子に対して、好ましくは、安定化工程を行う。   A stabilization process is preferably performed on the electron-emitting device obtained through the above-described processes.

この工程は、高い真空度（活性化処理を施した場合は該活性化処理における真空度より高い真空度）の雰囲気下で、電子放出素子や、その周辺の基板１の表面などから不要な有機物質を除去する工程である。上記真空度としては、有機物質の分圧が、１０^-6Ｐａ以下であることが好ましく、さらには１０^-8Ｐａ以下であることが特に好ましい。また、全圧としては、極力低くすることが好ましく、実用的には、１０^-5Ｐａ以下であることが好ましく、さらには１０^-6Ｐａ以下であることが特に好ましい。 This step is unnecessary organic from the electron-emitting device and the surface of the surrounding substrate 1 in an atmosphere of a high degree of vacuum (a vacuum degree higher than the degree of vacuum in the activation process when the activation process is performed). It is a step of removing a substance. As the degree of vacuum, the partial pressure of the organic substance is preferably 10 ⁻⁶ Pa or less, more preferably 10 ⁻⁸ Pa or less. The total pressure is preferably as low as possible, practically preferably 10 ⁻⁵ Pa or less, more preferably 10 ⁻⁶ Pa or less.

以上の工程により図１に示したような電子放出素子を作製することができる。   Through the above steps, the electron-emitting device as shown in FIG. 1 can be manufactured.

上述のような素子構成と製造方法によって作製された電子放出素子の基本特性について図４、図５を用いて説明する。   The basic characteristics of the electron-emitting device manufactured by the device configuration and manufacturing method as described above will be described with reference to FIGS.

図４は、前述した構成を有する電子放出素子の電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略図である。図４において、１１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、１０は素子の電極部を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、１４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極である。また、１３はアノード電極１４に電圧を印加するための高圧電源、１２は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。   FIG. 4 is a schematic diagram of a measurement evaluation apparatus for measuring the electron emission characteristics of the electron-emitting device having the above-described configuration. In FIG. 4, 11 is a power source for applying the element voltage Vf to the element, 10 is an ammeter for measuring the element current If flowing through the electrode part of the element, and 14 is an emission current emitted from the electron emission part of the element. It is an anode electrode for capturing Ie. Reference numeral 13 denotes a high voltage power source for applying a voltage to the anode electrode 14, and reference numeral 12 denotes an ammeter for measuring the emission current Ie emitted from the electron emission portion of the device.

電子放出素子の電極３ａ，３ｂ間を流れる素子電流Ｉｆ、及びアノードへの放出電流Ｉｅの測定にあたっては、電極３ａ，３ｂに電源１１と電流計１０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源１３と電流計１２とを接続したアノード電極１４を配置している。   In measuring the device current If flowing between the electrodes 3a and 3b of the electron-emitting device and the emission current Ie to the anode, a power source 11 and an ammeter 10 are connected to the electrodes 3a and 3b, and above the electron-emitting device. An anode electrode 14 connecting the power source 13 and the ammeter 12 is disposed.

また、本電子放出素子及びアノード電極１４は真空装置１５内に設置され、その真空装置には排気ポンプ１６及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるようになっている。尚、アノード電極１４の電圧は１ｋＶ乃至１０ｋＶ、アノード電極１４と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ乃至８ｍｍの範囲で測定した。   The electron-emitting device and the anode electrode 14 are installed in a vacuum device 15, and the vacuum device includes equipment necessary for the vacuum device such as an exhaust pump 16 and a vacuum gauge. The device can be measured and evaluated. The voltage of the anode electrode 14 was measured in the range of 1 kV to 10 kV, and the distance H between the anode electrode 14 and the electron-emitting device was measured in the range of 2 mm to 8 mm.

図４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５に示す。尚、放出電流Ｉｅと素子電流Ｉｆは大きさが著しく異なるが、図５ではＩｆ、Ｉｅの変化の定性的な比較検討のために、リニアスケールで縦軸を任意単位で表記した。   FIG. 5 shows a typical example of the relationship between the emission current Ie and device current If measured by the measurement evaluation apparatus shown in FIG. 4 and the device voltage Vf. Although the emission current Ie and the device current If are remarkably different in magnitude, in FIG. 5, the vertical axis is expressed in arbitrary units on a linear scale for qualitative comparison of changes in If and Ie.

本発明の電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三つの特徴を有する。   The electron-emitting device of the present invention has three characteristics with respect to the emission current Ie.

まず第一に、図５からも明らかなように、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図５中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。即ち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子としての特性を示しているのが判る。   First, as is apparent from FIG. 5, when an element voltage higher than a certain voltage (referred to as a threshold voltage, Vth in FIG. 5) is applied to this element, the emission current Ie increases rapidly. The emission current Ie is hardly detected below the threshold voltage Vth. That is, it can be seen that the characteristics as a non-linear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie are shown.

第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。   Second, since the emission current Ie depends on the element voltage Vf, the emission current Ie can be controlled by the element voltage Vf.

第三に、アノード電極１４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１４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。   Third, the emitted charge captured by the anode electrode 14 depends on the time for applying the device voltage Vf. That is, the amount of charge trapped by the anode electrode 14 can be controlled by the time during which the device voltage Vf is applied.

次に、本発明に係る電子源及び画像表示装置について説明する。   Next, an electron source and an image display device according to the present invention will be described.

図６は、本発明の電子放出素子を複数個基板上に配置してなる電子源の一実施形態を示す模式図であり、図中２１は基板、２２はＸ方向配線（上配線）、２３はＹ方向配線（下配線）、２４は電子放出素子である。   FIG. 6 is a schematic view showing an embodiment of an electron source in which a plurality of electron-emitting devices according to the present invention are arranged on a substrate, in which 21 is a substrate, 22 is an X-direction wiring (upper wiring), 23 Is a Y-direction wiring (lower wiring), and 24 is an electron-emitting device.

本例の電子源は、基板２１上に、複数個の電子放出素子２４をマトリクス状に配線接続してなり、各電子放出素子の構成は図１と同様である。   The electron source of this example is formed by connecting a plurality of electron-emitting devices 24 in a matrix on a substrate 21. The configuration of each electron-emitting device is the same as that shown in FIG.

係る電子源の製造においては、電極部２を形成する際、配線の少なくとも一部を同時に形成することもできる。例えば後述する図１５に示すような構成の電子源の場合には、各素子の電極３ｂとＹ方向配線２３とを同時に形成することができる。   In the manufacture of such an electron source, when the electrode portion 2 is formed, at least a part of the wiring can be formed simultaneously. For example, in the case of an electron source configured as shown in FIG. 15 to be described later, the electrode 3b of each element and the Y-direction wiring 23 can be formed simultaneously.

上記のような単純マトリクス配置の電子源を用いた画像表示装置の一例について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の画像表示装置の一例の表示パネルの構成を模式的に示す斜視図であり、一部を切り欠いた状態を示す。   An example of an image display device using the electron source having the simple matrix arrangement as described above will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view schematically showing a configuration of a display panel as an example of the image display apparatus of the present invention, and shows a state in which a part is cut away.

図７において、３１は電子源基板２１を搭載した基板、３２はガラス基板３３の内面に電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材としての蛍光膜３４とメタルバック３５等が形成されたフェースプレート（対向基板）である。また、３６は支持枠である。基板３１、支持枠３６及びフェースプレート３２をフリットガラスによって接着し、４００乃至５００℃で、１０分以上焼成することで、封着して、外囲器３７を構成する。   In FIG. 7, reference numeral 31 denotes a substrate on which the electron source substrate 21 is mounted, and 32 denotes a fluorescent film 34 as a light emitting member that emits light upon irradiation of electrons emitted from the electron-emitting device on the inner surface of a glass substrate 33, a metal back 35, and the like. Face plate (counter substrate). Reference numeral 36 denotes a support frame. The substrate 31, the support frame 36, and the face plate 32 are adhered by frit glass and sealed at a temperature of 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more to form an envelope 37.

尚、フェースプレート３２と電子源基板２１との間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大面積パネルの場合にも大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器３７を構成することもできる。   In addition, by installing a support body (not shown) called a spacer between the face plate 32 and the electron source substrate 21, an envelope 37 having sufficient strength against atmospheric pressure even in the case of a large area panel. Can also be configured.

図８はフェースプレート３２上に設ける蛍光膜３４の説明図である。蛍光膜３４は、モノクロームの場合は蛍光体４２のみから成るが、カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体４２の配列によりブラックストライプ或いはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電体４１と蛍光体４２とで構成される。ブラックストライプ、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４２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にある。また、蛍光膜４４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することである。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the fluorescent film 34 provided on the face plate 32. The phosphor film 34 is composed of only the phosphor 42 in the case of monochrome, but in the case of a color phosphor film, the phosphor film 34 is composed of a black conductor 41 and a phosphor 42 called a black stripe or a black matrix depending on the arrangement of the phosphors 42. Is done. The purpose of providing the black stripes and the black matrix is to make the mixed colors and the like inconspicuous by blackening the divided portions between the phosphors 42 of the three primary color phosphors necessary for color display. In addition, a decrease in contrast due to reflection of external light in the fluorescent film 44 is suppressed.

また、蛍光膜３４の内面側には通常メタルバック３５が設けられる。メタルバック３５の目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート３２側へ鏡面反射することにより輝度を向上することである。また、電子ビーム加速電圧を印加するためのアノード電極として作用すること等である。メタルバック３５は、蛍光膜３４作製後、蛍光膜３４の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等で堆積することで作製できる。   A metal back 35 is usually provided on the inner surface side of the fluorescent film 34. The purpose of the metal back 35 is to improve the luminance by specularly reflecting the light emitted from the phosphor toward the inner surface to the face plate 32 side. Also, it acts as an anode electrode for applying an electron beam acceleration voltage. The metal back 35 can be fabricated by performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the phosphor film 34 after the phosphor film 34 is fabricated, and then depositing Al by vacuum evaporation or the like.

前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないため、上下基板の突き当て法などで十分な位置合わせを行う必要がある。   When performing the above-mentioned sealing, in the case of a color, each color phosphor must correspond to the electron-emitting device, so that it is necessary to perform sufficient alignment by a method of abutting the upper and lower substrates.

封着時の真空度は１０^-5Ｐａ程度の真空度が要求される他、外囲器３７の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行う場合もある。これは、外囲器３７の封止を行う直前或いは封止後に、抵抗加熱或いは高周波加熱等の加熱法により、外囲器内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、真空度を維持するものである。 The degree of vacuum at the time of sealing is required to be about 10 ⁻⁵ Pa, and a getter process may be performed to maintain the degree of vacuum after sealing the envelope 37. This heats a getter disposed at a predetermined position (not shown) in the envelope by a heating method such as resistance heating or high-frequency heating immediately before or after sealing the envelope 37, This is a process for forming a deposited film. The getter usually contains Ba or the like as a main component, and maintains the degree of vacuum by the adsorption action of the deposited film.

前述した本発明の電子放出素子の基本的特性によれば、電子放出部からの放出電子は、しきい値電圧以上では対向する電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅によって制御され、その中間値によっても電流量が制御され、もって中間調表示が可能になる。   According to the basic characteristics of the electron-emitting device of the present invention described above, the emitted electrons from the electron-emitting portion are controlled by the peak value and width of the pulse voltage applied between the opposing electrodes above the threshold voltage, The amount of current is also controlled by the intermediate value, so that halftone display is possible.

また多数の電子放出素子を配置した場合、各ラインの走査線信号によって選択ラインを決め、各情報信号ラインを通じて個々の素子に上記パルス状電圧を適宜印加すれば、任意の素子に適宜電圧を印加する事が可能となり、各素子をＯＮすることができる。   In addition, when a large number of electron-emitting devices are arranged, a selection line is determined by the scanning line signal of each line, and if the pulse voltage is appropriately applied to each device through each information signal line, an appropriate voltage is applied to any device. It is possible to turn on each element.

また中間調を有する入力信号に応じて電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式が挙げられる。   Examples of a method for modulating the electron-emitting device according to an input signal having a halftone include a voltage modulation method and a pulse width modulation method.

以下に具体的な駆動装置について説明する。   A specific drive device will be described below.

単純マトリクス配置の電子源基板を用いて構成した表示パネルを利用した、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示用の画像表示装置の構成例を、図９に示す。   FIG. 9 shows a configuration example of an image display device for television display based on NTSC television signals using a display panel configured using an electron source substrate having a simple matrix arrangement.

図９において、５１は図７に示したような画像表示パネル、５２は走査回路、５３は制御回路、５４はシフトレジスタ、５５はラインメモリ、５６は同期信号分離回路、５７は情報信号発生器、Ｖａは直流電圧源である。   9, 51 is an image display panel as shown in FIG. 7, 52 is a scanning circuit, 53 is a control circuit, 54 is a shift register, 55 is a line memory, 56 is a synchronizing signal separation circuit, and 57 is an information signal generator. Va is a DC voltage source.

電子源基板２１を用いた画像表示パネル５１のＸ方向配線には、走査線信号を印加するＸドライバーの走査回路５２が、Ｙ方向配線には情報信号が印加されるＹドライバーの情報信号発生器５７が接続されている。   A scanning circuit 52 of an X driver that applies a scanning line signal to the X direction wiring of the image display panel 51 using the electron source substrate 21 and an information signal generator of a Y driver to which an information signal is applied to the Y direction wiring. 57 is connected.

電圧変調方式を実施するには、情報信号発生器５７として、一定の長さの電圧パルスを発生するが入力されるデータに応じて、適宜パルスの波高値を変調するような回路を用いる。また、パルス幅変調方式を実施するには、情報信号発生器５７としては、一定の波高値の電圧パルスを発生するが入力されるデータに応じて、適宜電圧パルスの幅を変調するような回路を用いる。   In order to implement the voltage modulation method, a circuit that generates a voltage pulse of a certain length as the information signal generator 57 but appropriately modulates the peak value of the pulse according to the input data is used. In order to implement the pulse width modulation method, the information signal generator 57 generates a voltage pulse having a constant peak value, but appropriately modulates the width of the voltage pulse according to the input data. Is used.

制御回路５３は、同期信号分離回路５６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆｔ及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。   The control circuit 53 generates Tscan, Tsft, and Tmry control signals for each unit based on the synchronization signal Tsync sent from the synchronization signal separation circuit 56.

同期信号分離回路５６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを分離するための回路である。この輝度信号成分は、同期信号に同期してシフトレジスタ５４に入力される。   The synchronization signal separation circuit 56 is a circuit for separating a synchronization signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside. This luminance signal component is input to the shift register 54 in synchronization with the synchronization signal.

シフトレジスタ５４は、時系列的にシリアルに入力される前記輝度信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換して、制御回路５３より送られるシフトクロックＴｓｆｔに基づいて動作する。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、ｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ５４より出力される。   The shift register 54 serially / parallel converts the luminance signal input serially in time series for each line of the image, and operates based on the shift clock Tsft sent from the control circuit 53. Data for one line of the serial / parallel converted image (corresponding to drive data for n electron-emitting devices) is output from the shift register 54 as n parallel signals.

ラインメモリ５５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、記憶された内容は、情報信号発生器５７に入力される。   The line memory 55 is a storage device for storing data for one line of the image for a necessary time, and the stored contents are input to the information signal generator 57.

情報信号発生器５７は、各々の輝度信号に応じて、電子放出素子の各々を適切に駆動する為の信号源であり、その出力信号はＹ方向配線を通じて表示パネル５１内に入り、走査回路５２によって選択中のＸ方向配線との交点にある各々の電子放出素子に印加される。   The information signal generator 57 is a signal source for appropriately driving each of the electron-emitting devices in accordance with each luminance signal, and an output signal thereof enters the display panel 51 through the Y-direction wiring, and the scanning circuit 52 Is applied to each electron-emitting device at the intersection with the selected X-direction wiring.

Ｘ方向配線を順次走査する事によって、パネル全面の電子放出素子を駆動する事が可能になる。   By sequentially scanning the X-direction wiring, it becomes possible to drive the electron-emitting devices on the entire surface of the panel.

以上のように本発明による画像表示装置において、各電子放出素子にＸＹ方向配線を通じ、電圧を印加することにより電子放出させる。一方、直流電圧源Ｖａに接続された高圧端子Ｈｖを通じ、アノード電極であるメタルバック３５に高圧を印加し、発生した電子ビームを加速し、蛍光膜３４に衝突させることによって、画像を表示することができる。   As described above, in the image display device according to the present invention, electrons are emitted by applying a voltage to each electron-emitting device through the XY direction wiring. On the other hand, an image is displayed by applying a high voltage to the metal back 35 which is an anode electrode through the high voltage terminal Hv connected to the DC voltage source Va, accelerating the generated electron beam and causing it to collide with the fluorescent film 34. Can do.

ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明の画像表示装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＨＤＴＶなどでも同じである。   The configuration of the image display device described here is an example of the image display device of the present invention, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. Although the NTSC system is used for the input signal, the input signal is not limited to this, and the same applies to PAL, HDTV, and the like.

（比較例１）
先ず、比較例の電子放出素子として図１に示す第２の薄膜４ｂを持たない電子放出素子を作製した。 (Comparative Example 1)
First, an electron-emitting device having no second thin film 4b shown in FIG. 1 was manufactured as an electron-emitting device of a comparative example.

基板１として、アルカリ成分が少ないＰＤ−２００（商品名、旭硝子（株）社製）の２．８ｍｍ厚ガラスを用い、更にこの上にナトリウムブロック層としてＳｉＯ₂膜１００ｎｍを塗付焼成したものを用いた。 As the substrate 1, a 2.8 mm thick glass of PD-200 (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) with few alkali components is used, and a SiO ₂ film 100 nm is applied and fired thereon as a sodium block layer. Using.

ガラス基板１上に、スパッタ法によってチタニウムＴｉを５ｎｍ、その上に白金Ｐｔを４０ｎｍ成膜した後、ホトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングという一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングし、電極３ａ，３ｂを形成した。   On the glass substrate 1, a titanium Ti film having a thickness of 5 nm is formed by sputtering, and a platinum Pt film having a thickness of 40 nm is formed thereon, a photoresist is applied, and patterning is performed by a series of photolithography methods of exposure, development, and etching to form electrodes 3a, 3b. Formed.

本例では素子電極の間隔Ｌ＝１０μｍ、幅Ｗ＝１０００μｍとした。   In this example, the distance L between the element electrodes is 10 μm and the width W is 1000 μm.

上記基板上に感光性樹脂（メタクリル酸−メチルメタクリル酸―エチルアクリレート−ｎ−ブチルアクリレート−アゾビスイソブチロニトリル重合体）をスピンコーターで全面に塗布し、ホットプレートにて１００℃で１０分間乾燥した。   A photosensitive resin (methacrylic acid-methyl methacrylic acid-ethyl acrylate-n-butyl acrylate-azobisisobutyronitrile polymer) is applied on the entire surface of the substrate with a spin coater, and is heated at 100 ° C. for 10 minutes on a hot plate. Dried.

次いで、フォトマスクを用いて電子放出部形成膜領域を覆い、該領域以外を、超高圧水銀ランプ（照度＝８ｍＷ／ｃｍ²）にて、キヤノン社製ＰＬＡ５０１ＦでＬ．Ｉ＝８．０で露光し、純水を用いてパドル法で６０秒間現像を行って樹脂パターンを得た。 Then, cover the electron-emitting portion forming film region by using a photomask, except the region at ultra-high pressure mercury lamp (illuminance = 8mW / cm ^2), Canon Inc. PLA501F L. Exposure was carried out at I = 8.0, and development was performed for 60 seconds by a paddle method using pure water to obtain a resin pattern.

樹脂パターンを形成した基板をデポアップ型のＲＦマグネトロンスパッタ装置のチャンバー内に投入し、ロータリーポンプ、次いでクライオポンプにて圧力が５×１０^-5Ｐａ以下になるまで排気した。スパッタリングターゲットには、直径８インチのアモルファスカーボンターゲットを使用し、このターゲット上にパラジウム製のチップを設置することで成膜される膜の組成比を調整した。 The substrate on which the resin pattern was formed was put into a chamber of a depot-up type RF magnetron sputtering apparatus, and evacuated by a rotary pump and then a cryopump until the pressure became 5 × 10 ⁻⁵ Pa or less. As the sputtering target, an amorphous carbon target having a diameter of 8 inches was used, and a composition ratio of a film to be formed was adjusted by placing a palladium chip on the target.

所定の圧力に到達後、チャンバー内に圧力が１．４Ｐａになるようにアルゴンガスを流入させ、３００ＷのＲＦ出力で８０分間スパッタリングした。   After reaching a predetermined pressure, argon gas was introduced into the chamber so that the pressure became 1.4 Pa, and sputtering was performed at an RF output of 300 W for 80 minutes.

次いでＲＦマグネトロンスパッタ装置から基板を取り出し、テトラメチルアンモニウムハイドライド水溶液（濃度２．３８質量％）を用いて、パドル法にて５分間処理してレジストを剥離し、第１の薄膜４ａの膜パターンを得た。   Next, the substrate is taken out from the RF magnetron sputtering apparatus, and the resist is peeled off by using a tetramethylammonium hydride aqueous solution (concentration: 2.38 mass%) for 5 minutes by the paddle method, and the film pattern of the first thin film 4a is formed. Obtained.

本例では第１の薄膜４ａの幅Ｗ’＝１００μｍとした。   In this example, the width W ′ of the first thin film 4a is set to 100 μm.

こうしてできた基板を、真空チャンバー内に保持し、電極３ａ，３ｂをプローブと接続し、チャンバー外部より通電処理が可能な状態にした。次いで、チャンバー内部をターボ分子ポンプ及びスクロールポンプによって排気し、チャンバー内部の圧力が１×１０^-6Ｐａ以下に達するまで排気を行った後、電極３ａ，３ｂ間に図２（ｂ）の三角波を矩形波に変更したパルス電圧を印加した。Ｔ１＝０．１ｍｓ、Ｔ２＝５０ｍｓとした。電圧は１Ｖから始め、５秒ごとに０．１Ｖずつ増加させ、５０Ｖまで印加した後、電圧印加を終了し、第１の薄膜４ａに間隙５を形成した。以上の工程で、電子放出部形成膜４として第１の薄膜４ａのみ有する電子放出素子を得た。 The substrate thus formed was held in a vacuum chamber, and the electrodes 3a and 3b were connected to a probe so that energization treatment was possible from outside the chamber. Next, the inside of the chamber is evacuated by a turbo molecular pump and a scroll pump, and after evacuating until the pressure inside the chamber reaches 1 × 10 ⁻⁶ Pa or less, the triangular wave shown in FIG. 2B is applied between the electrodes 3a and 3b. A pulse voltage changed to a rectangular wave was applied. T1 = 0.1 ms and T2 = 50 ms. The voltage was started from 1V, increased by 0.1V every 5 seconds, applied to 50V, the voltage application was terminated, and a gap 5 was formed in the first thin film 4a. Through the above steps, an electron-emitting device having only the first thin film 4a as the electron-emitting portion forming film 4 was obtained.

得られた第１の薄膜を断面方向から透過型電子顕微鏡で観察した結果、カーボン膜中に金属微粒子が直径１〜５ｎｍの微粒子形態で存在していることが確認された。   As a result of observing the obtained first thin film with a transmission electron microscope from the cross-sectional direction, it was confirmed that metal fine particles exist in the form of fine particles having a diameter of 1 to 5 nm in the carbon film.

（実施例１）
比較例１において、第１の薄膜４ａを形成し、レジストを剥離した基板を、デポアップ型のＲＦマグネトロンスパッタ装置のチャンバー内に投入し、ロータリーポンプ、次いでクライオポンプにて圧力が５×１０^-5Ｐａ以下になるまで排気した。スパッタリングターゲットには、直径８インチのＧｅターゲットを使用した。 Example 1
In Comparative Example 1, the substrate on which the first thin film 4a was formed and the resist was peeled off was put into a chamber of a depot-up type RF magnetron sputtering apparatus, and the pressure was 5 × 10 ⁻⁵ using a rotary pump and then a cryopump. It exhausted until it became Pa or less. As the sputtering target, a Ge target having a diameter of 8 inches was used.

所定の圧力に到達後、チャンバー内全圧が１．５Ｐａ、アルゴンと窒素の流量比が１００：１２になるように流入させ、８００ＷのＲＦ出力で３０秒間スパッタリングし、基板全面に帯電防止膜を兼ねた第２の薄膜を形成した。   After reaching a predetermined pressure, the chamber is flowed in such a way that the total pressure in the chamber is 1.5 Pa and the flow ratio of argon and nitrogen is 100: 12, and sputtering is performed for 30 seconds with an RF output of 800 W, and an antistatic film is formed on the entire surface of the substrate. A second thin film was also formed.

こうしてできた基板を、真空チャンバー内に保持し、比較例１と同様にして電極３ａ、３ｂ間に矩形波のパルス電圧を印加して電子放出部形成膜４に間隙５を形成した。   The substrate thus formed was held in a vacuum chamber, and a rectangular wave pulse voltage was applied between the electrodes 3 a and 3 b in the same manner as in Comparative Example 1 to form a gap 5 in the electron emission portion forming film 4.

（比較例２）
実施例１におけるＧｅスパッタリング時間を１５秒に変更した以外は同様にして電子放出素子を作製した。 (Comparative Example 2)
An electron-emitting device was produced in the same manner except that the Ge sputtering time in Example 1 was changed to 15 seconds.

（実施例２）
実施例１におけるＧｅスパッタリング時間を４０秒に変更した以外は同様にして電子放出素子を作製した。 (Example 2)
An electron-emitting device was produced in the same manner except that the Ge sputtering time in Example 1 was changed to 40 seconds.

（実施例３）
実施例１におけるＧｅターゲットをＡｌターゲットに変更した以外は同様にして電子放出素子を作製した。 (Example 3)
An electron-emitting device was produced in the same manner except that the Ge target in Example 1 was changed to an Al target.

各素子の電子放出部形成膜のシート抵抗をテスターにより求めた。また、各素子の第１の薄膜を断面方向から透過型電子顕微鏡で観察した結果、全てカーボン膜中に金属微粒子が直径１〜５ｎｍの微粒子形態で存在していることが確認された。さらに、電子放出部形成膜に形成された間隙を光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡により観察し、間隙部が均一に形成されているか、膜の剥がれ等の異常がないか確認した。   The sheet resistance of the electron emission portion forming film of each element was determined by a tester. Further, as a result of observing the first thin film of each element with a transmission electron microscope from the cross-sectional direction, it was confirmed that all the metal fine particles were present in the form of fine particles having a diameter of 1 to 5 nm in the carbon film. Further, the gap formed in the electron emission portion forming film was observed with an optical microscope and a scanning electron microscope, and it was confirmed whether the gap portion was formed uniformly and there was no abnormality such as film peeling.

以上で得られた結果を表１に示す。   The results obtained above are shown in Table 1.

比較例１及び２では、フォーミング時に１．０×１０⁷Ω／□以上の抵抗に到達したが、光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡観察をしたところ、間隙近傍の膜がめくれあがっている箇所があり、不均一なフォーミング形態であった。これに対し実施例１、２及び３では、間隙近傍にめくれあがった箇所は見られず、１００μｍの素子の幅にわたってほぼ均一に間隙が形成されていた。 In Comparative Examples 1 and 2, a resistance of 1.0 × 10 ⁷ Ω / □ or more was reached during forming, but when observed with an optical microscope and a scanning electron microscope, there was a portion where the film near the gap was turned up. It was a non-uniform forming form. On the other hand, in Examples 1, 2, and 3, no portion turned up in the vicinity of the gap was found, and the gap was formed almost uniformly over the width of the element of 100 μm.

（実施例４）
実施例１で得られた素子について、通電フォーミングに続いて、活性化処理を施した。通電フォーミング後、チャンバー内部にトルニトリル蒸気を分圧１．３×１０^-4Ｐａで導入し、電極３ａ、３ｂ間にパルス電圧を印加し、３０分間活性化を行った。パルスは図３（ａ）に示す波形で、１８Ｖ、１ｍｓの矩形パルスと、−１８Ｖ、１ｍｓの矩形パルスとを交替で１００Ｈｚで印加した。活性化工程中の電子放出量及びその経時変動を観察した。 Example 4
The element obtained in Example 1 was subjected to activation treatment following energization forming. After energization forming, tolunitrile vapor was introduced into the chamber at a partial pressure of 1.3 × 10 ⁻⁴ Pa, a pulse voltage was applied between the electrodes 3a and 3b, and activation was performed for 30 minutes. The pulse has a waveform shown in FIG. 3A, and an 18 V, 1 ms rectangular pulse and a -18 V, 1 ms rectangular pulse were alternately applied at 100 Hz. The amount of electron emission during the activation process and its variation over time were observed.

（実施例５）
実施例２で得られた素子について、実施例４と同様の活性化処理を施し、活性化工程中の電子放出量及びその経時変動を観察した。 (Example 5)
The device obtained in Example 2 was subjected to the activation process similar to that in Example 4, and the amount of electron emission during the activation process and its variation over time were observed.

（実施例６）
実施例４で得られた素子について、実施例４と同様の活性化処理を施し、活性化工程中の電子放出量及びその経時変動を観察した。 (Example 6)
The device obtained in Example 4 was subjected to the activation process similar to that in Example 4, and the amount of electron emission during the activation process and its variation over time were observed.

（比較例３）
比較例１の素子について、通電フォーミング後の基板上に、実施例１の第２の薄膜形成工程と同様にしてＧｅを含有する第２の薄膜を形成し、さらに、実施例４と同様にして活性化処理を施し、活性化工程中の電子放出量及び電子放出量の経時変動を観察した。 (Comparative Example 3)
For the element of Comparative Example 1, a second thin film containing Ge was formed on the substrate after the energization forming in the same manner as the second thin film forming step of Example 1, and further, as in Example 4. The activation process was performed, and the amount of electron emission during the activation process and the variation over time of the electron emission amount were observed.

（比較例４）
比較例２で得られた素子について、実施例４と同様の活性化処理を施し、活性化工程中の電子放出量及びその経時変動を観察した。 (Comparative Example 4)
The device obtained in Comparative Example 2 was subjected to the activation process similar to that in Example 4, and the amount of electron emission during the activation process and its variation over time were observed.

以上で得られた結果を表２に示す。   The results obtained above are shown in Table 2.

比較例３及び４では、電子放出量が低く、活性化時の電子放出量の経時変動も大きかった。これに対し実施例４、５及び６では、電子放出量が２．０μＡ乃至２．２μＡへと向上し、活性化時の電子放出量の経時変動も少なかった。   In Comparative Examples 3 and 4, the electron emission amount was low, and the variation with time of the electron emission amount upon activation was large. On the other hand, in Examples 4, 5 and 6, the electron emission amount was improved to 2.0 μA to 2.2 μA, and the variation over time of the electron emission amount upon activation was small.

（実施例７）
実施例１の電子放出素子を複数個有する電子源を作製した。製造工程を図１０乃至図１５に沿って説明する。 (Example 7)
An electron source having a plurality of electron-emitting devices of Example 1 was produced. The manufacturing process will be described with reference to FIGS.

ガラス基板２１上にスパッタリング法及びリフトオフ法を用いて、厚み４０ｎｍのＰｔからなる電極３ａ，３ｂを形成した（図１０）。次にペースト材料（ノリタケ（株）製ＮＰ−４０３５Ｃ）を、スクリーン印刷の手法を用いて、基板上に印刷し、４５０℃の焼成を加えることで、厚み１０μｍのＹ方向配線２３を形成した（図１１）。Ｙ方向配線２３は電極３ｂと導通がある様にした。次にペースト材料（ノリタケ（株）製ＮＰ−７７１０）を、スクリーン印刷の手法を用いて、基板上に印刷し、５７０℃の焼成を加えることで、厚み２０μｍの絶縁膜６１を形成した（図１２）。次にペースト材料（ノリタケ（株）製ＮＰ−４０３５Ｃ）を、スクリーン印刷の手法を用いて、基板上に印刷し、４５０℃の焼成を加えることで、厚み１０μｍのＸ方向配線２２を形成した（図１３）。Ｘ方向配線２２は電極３ａと導通がある様にした。また、Ｘ方向配線２２とＹ方向配線２３とは、絶縁膜６１によって絶縁される様にした。   Electrodes 3a and 3b made of Pt having a thickness of 40 nm were formed on the glass substrate 21 by a sputtering method and a lift-off method (FIG. 10). Next, paste material (NP-4035C manufactured by Noritake Co., Ltd.) was printed on the substrate using a screen printing technique, and baked at 450 ° C. to form a Y-direction wiring 23 having a thickness of 10 μm ( FIG. 11). The Y-direction wiring 23 is connected to the electrode 3b. Next, a paste material (NP-7710 manufactured by Noritake Co., Ltd.) was printed on the substrate using a screen printing technique, and baked at 570 ° C. to form an insulating film 61 having a thickness of 20 μm (FIG. 12). Next, paste material (NP-4035C manufactured by Noritake Co., Ltd.) was printed on the substrate using a screen printing technique, and baked at 450 ° C. to form an X-direction wiring 22 having a thickness of 10 μm ( FIG. 13). The X-direction wiring 22 is connected to the electrode 3a. Further, the X direction wiring 22 and the Y direction wiring 23 are insulated by the insulating film 61.

この様にしてできた、電極３ａ，３ｂ及び配線２２，２３の形成された基板２１を洗浄した。その後、感光性樹脂（メタクリル酸−メチルメタクリル酸−エチルアクリレート−ｎ−ブチルアクロレート−アゾビスイソブチロニトリル重合体）をスリットコーターで全面に塗布し、１００℃で１０分間乾燥した。   The substrate 21 on which the electrodes 3a and 3b and the wirings 22 and 23 were formed was washed. Thereafter, a photosensitive resin (methacrylic acid-methyl methacrylate-ethyl acrylate-n-butyl acrylate-azobisisobutyronitrile polymer) was applied to the entire surface with a slit coater and dried at 100 ° C. for 10 minutes.

次いで、フォトマスクを用いて感光性樹脂の塗膜のパターンを形成する領域を露光し、純水シャワーによって６０秒間現像を行って樹脂パターンを得た。   Subsequently, the area | region which forms the pattern of the coating film of the photosensitive resin using a photomask was exposed, and it developed for 60 second by the pure water shower, and obtained the resin pattern.

樹脂パターンを形成した基板２１をＲＦマグネトロンスパッタ装置に投入し、チャンバー内の圧力が５×１０^-5Ｐａ以下になるまで排気した。スパッタリングターゲットには、アモルファスカーボン中に金属パラジウム粒子が分散されたコンポジットターゲットを使用した。 The substrate 21 on which the resin pattern was formed was put into an RF magnetron sputtering apparatus and evacuated until the pressure in the chamber became 5 × 10 ⁻⁵ Pa or less. As the sputtering target, a composite target in which metal palladium particles were dispersed in amorphous carbon was used.

所定の圧力に到達後、チャンバー内に圧力が１．４Ｐａになるようにアルゴンガスを流入させ膜厚が１１ｎｍとなるようにスパッタ時間及び投入電力を調整して成膜した。   After reaching a predetermined pressure, an argon gas was introduced into the chamber so that the pressure became 1.4 Pa, and the sputtering time and input power were adjusted so that the film thickness became 11 nm.

次いでＲＦマグネトロンスパッタ装置から基板２１を取り出し、テトラメチルアンモニウムハイドライド水溶液（濃度２．３８質量％）を用いて、５分間処理してレジストを剥離し、第１の薄膜４ａを形成した（図１４）。   Next, the substrate 21 was taken out from the RF magnetron sputtering apparatus, and treated with an aqueous tetramethylammonium hydride solution (concentration 2.38% by mass) for 5 minutes to remove the resist, thereby forming the first thin film 4a (FIG. 14). .

第１の薄膜４ａを形成した基板を、デポアップ型のＲＦマグネトロンスパッタ装置のチャンバー内に投入し、ロータリーポンプ、次いでクライオポンプにて圧力が５×１０^-5Ｐａ以下になるまで排気した。スパッタリングターゲットには、Ｇｅターゲットを使用した。 The substrate on which the first thin film 4a was formed was put into a chamber of a depot-up type RF magnetron sputtering apparatus and evacuated with a rotary pump and then a cryopump until the pressure became 5 × 10 ⁻⁵ Pa or less. A Ge target was used as the sputtering target.

所定の圧力に到達後、チャンバー内全圧が１．５Ｐａ、アルゴンと窒素の流量比が１００：１２になるように流入させ、膜厚が６ｎｍとなるようにスパッタ時間及び投入電力を調整して基板全面に帯電防止膜を兼ねた第２の薄膜（不図示）を成膜した。   After reaching the predetermined pressure, the sputtering time and input power are adjusted so that the total pressure in the chamber is 1.5 Pa, the flow rate ratio of argon and nitrogen is 100: 12, and the film thickness is 6 nm. A second thin film (not shown) that also serves as an antistatic film was formed on the entire surface of the substrate.

こうしてできた基板２１を、真空チャンバー内に保持した。Ｘ方向配線２２とＹ方向配線２３とはチャンバー内でそれぞれプローブ群と接続され、チャンバー外部より通電処理及び抵抗測定が可能の状態にした。チャンバー内部の排気はターボ分子ポンプ及びスクロールポンプによって行い、チャンバー内部の圧力が１×１０^-6Ｐａ以下に達するまで排気を行い、以下の通電フォーミング処理によって電子放出部形成膜４に微小なギャップ形成を行った。 The substrate 21 thus formed was held in a vacuum chamber. The X-direction wiring 22 and the Y-direction wiring 23 are connected to the probe group in the chamber, respectively, so that energization processing and resistance measurement can be performed from outside the chamber. The chamber is evacuated by a turbo molecular pump and a scroll pump until the pressure inside the chamber reaches 1 × 10 ⁻⁶ Pa or less, and a minute gap is formed in the electron emission portion forming film 4 by the following energization forming process. Went.

Ｘ方向配線毎に、図２（ｂ）の三角波を矩形波とし、Ｔ１＝０．１ｍｓ、Ｔ２＝５０ｍｓのパルス電圧を印加した。電圧は１Ｖから始め、５秒ごとに０．１Ｖずつ増加させ、３０Ｖまで印加した後、電圧印加を終了した。電圧を増加させる過程で、およそ２０乃至２５Ｖ程度印加した時点で、通電によるジュール熱の影響で電子放出部形成膜４に間隙が形成され、電圧印加終了時では全ラインの電子放出部形成膜４の抵抗値が１ＭΩ以上にまで上昇した。こうして、電子放出部形成膜４の中央部に間隙５を形成した。   For each X-direction wiring, the triangular wave in FIG. 2B is a rectangular wave, and a pulse voltage of T1 = 0.1 ms and T2 = 50 ms is applied. The voltage started from 1V, increased by 0.1V every 5 seconds, applied to 30V, and then the voltage application was terminated. In the process of increasing the voltage, when about 20 to 25 V is applied, a gap is formed in the electron emission portion formation film 4 due to the influence of Joule heat by energization, and at the end of voltage application, the electron emission portion formation film 4 of all lines is formed. The resistance value increased to 1 MΩ or more. Thus, the gap 5 was formed in the central portion of the electron emission portion forming film 4.

続いてチャンバー内部にトルニトリル蒸気を分圧１．３×１０^-4Ｐａで導入し、Ｘ方向配線２２及びＹ方向配線２３の間にパルス電圧を印加し、３０分間活性化を行った。パルスは図３（ａ）に示す波形で、１８Ｖ、１ｍｓの矩形パルスと、−１８Ｖ、１ｍｓの矩形パルスとを交替で１００Ｈｚで印加した。活性化工程中の素子電流の増大の様子を観察したところ、全導電性膜にわたって均一な電流の増大が見られた。 Subsequently, tolunitrile vapor was introduced into the chamber at a partial pressure of 1.3 × 10 ⁻⁴ Pa, a pulse voltage was applied between the X direction wiring 22 and the Y direction wiring 23, and activation was performed for 30 minutes. The pulse has a waveform shown in FIG. 3A, and an 18 V, 1 ms rectangular pulse and a -18 V, 1 ms rectangular pulse were alternately applied at 100 Hz. Observation of the increase in device current during the activation process revealed a uniform increase in current over the entire conductive film.

以上により基板上で個々の電子放出素子の電子放出効率にむらのない電子源基板が形成できた。   As described above, an electron source substrate having uniform electron emission efficiency of individual electron-emitting devices can be formed on the substrate.

さらにこの電子源基板を用いて、図７に示す様な画像表示装置を製作した。上記電子源基板２１をガラス材からなるリアプレート３１、支持枠３６、フェースプレート３６の中に収め、各部材を接着した。接着にはフリットガラスを用い、４５０℃に加熱して接着した。フェースプレート３６の内側には、メタルバック３５と、蛍光体３４が形成してあり、メタルバック３５に接続された高圧端子Ｈｖが画像表示装置外部に引き出される構造とした。さらに不図示の排気管を通し、真空ポンプを使って内部の空気を排気した。排気管をガスバーナーで溶着させ、画像表示装置を完成させた。この画像表示装置のメタルバック３５には、高圧端子Ｈｖを通して４ｋＶの電位を与え、Ｘ方向配線２２及びＹ方向配線２３に画像信号を入力することで、画像表示を行った。   Further, an image display device as shown in FIG. 7 was manufactured using this electron source substrate. The electron source substrate 21 was placed in a rear plate 31, a support frame 36, and a face plate 36 made of a glass material, and each member was bonded. For the bonding, frit glass was used, and heating was performed at 450 ° C. for bonding. A metal back 35 and a phosphor 34 are formed inside the face plate 36, and a high voltage terminal Hv connected to the metal back 35 is drawn out of the image display apparatus. Further, the air inside was exhausted through an exhaust pipe (not shown) using a vacuum pump. The exhaust pipe was welded with a gas burner to complete the image display device. An image was displayed by applying a potential of 4 kV to the metal back 35 of the image display device through the high voltage terminal Hv and inputting an image signal to the X-direction wiring 22 and the Y-direction wiring 23.

表示画面全面にわたって、むらのない均一な表示が得られていることが、観察された。   It was observed that a uniform display without unevenness was obtained over the entire display screen.

本発明の電子放出素子の好ましい実施形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically preferable embodiment of the electron-emitting element of this invention. 本発明に係る通電フォーミングに用いられる電圧波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the voltage waveform used for the energization forming which concerns on this invention. 本発明に係る活性化処理で用いられる電圧波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the voltage waveform used by the activation process which concerns on this invention. 本発明の電子放出素子の特性を測定するための測定評価装置の概略図である。It is the schematic of the measurement evaluation apparatus for measuring the characteristic of the electron-emitting element of this invention. 本発明の電子放出素子の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the electron-emitting element of this invention. 本発明の電子放出素子を用いてなる電子源の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the electron source which uses the electron-emitting element of this invention. 本発明の画像表示装置の表示パネルの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the display panel of the image display apparatus of this invention. 本発明の画像表示装置に用いられる蛍光膜の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the fluorescent film used for the image display apparatus of this invention. 本発明の画像表示装置をテレビジョン表示用に用いた恒例を示す図である。It is a figure which shows the example which used the image display apparatus of this invention for the television display. 本発明の実施例の電子源の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the electron source of the Example of this invention. 本発明の実施例の電子源の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the electron source of the Example of this invention. 本発明の実施例の電子源の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the electron source of the Example of this invention. 本発明の実施例の電子源の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the electron source of the Example of this invention. 本発明の実施例の電子源の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the electron source of the Example of this invention. 本発明の実施例の電子源の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the electron source of the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 基板
２ 電極部
３ａ，３ｂ 電極
４ 電子放出部形成膜
４ａ 第１の薄膜
４ｂ 第２の薄膜
５ 間隙 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Electrode part 3a, 3b Electrode 4 Electron emission part formation film 4a 1st thin film 4b 2nd thin film 5 Gap | interval

Claims (15)

基板上に、一対の電極と該電極間に挟持された電子放出部形成膜とを有する電極部を形成し、該電極間に通電処理を施すことにより、上記電子放出部形成膜に間隙を形成した電子放出素子であって、
該電子放出部形成膜が、カーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜と、該第１の金属より低融点の第２の金属を含む第２の薄膜との積層膜であり、シート抵抗値が１．８×１０⁵Ω／□以下であることを特徴とする電子放出素子。 An electrode part having a pair of electrodes and an electron emission part forming film sandwiched between the electrodes is formed on the substrate, and a gap is formed in the electron emission part forming film by applying a current treatment between the electrodes. An electron-emitting device,
The electron emission portion forming film is a laminated film of a first thin film in which a first metal is dispersed in the form of fine particles in carbon and a second thin film containing a second metal having a melting point lower than that of the first metal. An electron-emitting device having a sheet resistance value of 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less. 前記第１の金属が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である請求項１に記載の電子放出素子。   The electron-emitting device according to claim 1, wherein the first metal is one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Pd, Pt, Ir, and Rh. 前記第２の金属が、Ｇｅ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である請求項１または２に記載の電子放出素子。   3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the second metal is one or more selected from the group consisting of Ge, Al, Ag, Au, and Cu. 基板上に、一対の電極と該電極間に挟持された電子放出部形成膜とを有する電極部を形成し、該電極間に通電処理を施すことにより、上記電子放出部形成膜に間隙を形成する電子放出素子の製造方法であって、
上記電子放出部形成膜が、カーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜と、該第１の金属より低融点の第２の金属を含む第２の薄膜との積層膜であり、シート抵抗値が１．８×１０⁵Ω／□以下であることを特徴とする電子放出素子の製造方法。 An electrode part having a pair of electrodes and an electron emission part forming film sandwiched between the electrodes is formed on the substrate, and a gap is formed in the electron emission part forming film by applying a current treatment between the electrodes. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising:
The electron emission portion forming film is a laminated film of a first thin film in which a first metal is dispersed in the form of fine particles in carbon and a second thin film containing a second metal having a melting point lower than that of the first metal. And the sheet resistance value is 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less. 前記第１の金属が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。   The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 4, wherein the first metal is one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Pd, Pt, Ir, and Rh. 前記第２の金属が、Ｇｅ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である請求項４または５に記載の電子放出素子の製造方法。   6. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 4, wherein the second metal is one or more selected from the group consisting of Ge, Al, Ag, Au, and Cu. 前記電子放出部形成膜をスパッタ法により成膜する請求項４乃至６のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。   The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 4, wherein the electron-emitting portion forming film is formed by a sputtering method. 基板上に、一対の電極と該電極間に挟持された電子放出部形成膜とを有する電極部を形成し、該電極間に通電処理を施すことにより、上記電子放出部形成膜に間隙を形成した電子放出素子であって、
該電子放出部形成膜が、カーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜と、１０００℃における蒸気圧が１．３３×１０^-3Ｐａ以上である該第２の金属を含む第２の薄膜との積層膜であり、シート抵抗値が１．８×１０⁵Ω／□以下であることを特徴とする電子放出素子。 An electrode part having a pair of electrodes and an electron emission part forming film sandwiched between the electrodes is formed on the substrate, and a gap is formed in the electron emission part forming film by applying a current treatment between the electrodes. An electron-emitting device,
The electron emission portion forming film includes: a first thin film in which a first metal is dispersed in a fine particle form in carbon; and a second metal having a vapor pressure at 1000 ° C. of 1.33 × 10 ⁻³ Pa or more. An electron-emitting device having a laminated film with a second thin film and having a sheet resistance value of 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less. 前記第１の金属が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である請求項８に記載の電子放出素子。   The electron-emitting device according to claim 8, wherein the first metal is one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Pd, Pt, Ir, and Rh. 前記第２の金属が、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である請求項８または９に記載の電子放出素子。   The electron-emitting device according to claim 8 or 9, wherein the second metal is one or more selected from the group consisting of Ge, Al, Sn, and In. 基板上に、一対の電極と該電極間に挟持された電子放出部形成膜とを有する電極部を形成し、該電極間に通電処理を施すことにより、上記電子放出部形成膜に間隙を形成する電子放出素子の製造方法であって、
上記電子放出部形成膜が、カーボン中に第１の金属が微粒子形態で分散した第１の薄膜と、１０００℃における蒸気圧が１．３３×１０^-3Ｐａ以上である第２の金属を含む第２の薄膜との積層膜であり、シート抵抗値が１．８×１０⁵Ω／□以下であることを特徴とする電子放出素子の製造方法。 An electrode part having a pair of electrodes and an electron emission part forming film sandwiched between the electrodes is formed on the substrate, and a gap is formed in the electron emission part forming film by applying a current treatment between the electrodes. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising:
The electron emission portion forming film includes a first thin film in which a first metal is dispersed in the form of fine particles in carbon, and a second metal having a vapor pressure at 1000 ° C. of 1.33 × 10 ⁻³ Pa or more. A method for manufacturing an electron-emitting device, which is a laminated film with a second thin film and has a sheet resistance value of 1.8 × 10 ⁵ Ω / □ or less. 前記第１の金属が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である請求項１１に記載の電子放出素子の製造方法。   The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 11, wherein the first metal is one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Pd, Pt, Ir, and Rh. 前記第２の金属が、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎよりなる群から選ばれる一種又は二種以上である請求項１１または１２に記載の電子放出素子の製造方法。   The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 11 or 12, wherein the second metal is one or more selected from the group consisting of Ge, Al, Sn, and In. 前記電子放出部形成膜をスパッタ法により成膜する請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。   The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 11, wherein the electron-emitting portion forming film is formed by a sputtering method. 請求項１乃至３及び８乃至１０のいずれかに記載の電子放出素子を複数個と、該電子放出素子に電圧を印加するための複数の配線とを備えた電子源と、該電子源の電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材を備えた対向基板とを有することを特徴とする画像表示装置。   11. An electron source comprising a plurality of electron-emitting devices according to claim 1 and a plurality of wirings for applying a voltage to the electron-emitting devices, and electrons of the electron source An image display device comprising: a counter substrate provided with a light emitting member that emits light by irradiation of electrons emitted from the emitting element.

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