JP2005174864A - Electron emitter, electron emitting device, display device, and method of manufacturing electron emitter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一対の電極間に電位差を与えることにより電子を放出する電子放出素子、この電子放出素子を基板上に複数個整列配置した電子放出装置、この電子放出装置から放出される電子を蛍光体に衝突させて画像を表示する表示装置、および上記電子放出素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an electron-emitting device that emits electrons by applying a potential difference between a pair of electrodes, an electron-emitting device in which a plurality of electron-emitting devices are arranged on a substrate, and electrons emitted from the electron-emitting device are fluorescent. The present invention relates to a display device that displays an image by colliding with a body, and a method for manufacturing the electron-emitting device.
従来、電子放出素子として、例えば、絶縁性の基板上に形成された導電性薄膜に電流を流すことにより電子を放出させる現象を利用した表面伝導型電子放出素子が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an electron-emitting device, for example, a surface conduction electron-emitting device that uses a phenomenon in which electrons are emitted by flowing a current through a conductive thin film formed on an insulating substrate is known.
この種の電子放出素子は、例えば、絶縁性の基板上に、一定のギャップを介して対向した一対の電極パターンを形成し、ギャップを介して一対の電極パターンをつなぐように導電性の薄膜を設け、一対の電極パターン間に電位差を与えることによりギャップの略中間位置で導電性の薄膜に亀裂を生じさせることにより形成される(例えば、特許文献1参照。)。 In this type of electron-emitting device, for example, a pair of electrode patterns opposed to each other with a certain gap are formed on an insulating substrate, and a conductive thin film is formed so as to connect the pair of electrode patterns with a gap. It is formed by causing a crack in the conductive thin film at approximately the middle position of the gap by providing a potential difference between the pair of electrode patterns (see, for example, Patent Document 1).
そして、この電子放出素子を動作させる際、一対の電極パターン間に電位差を与えることにより、導電性の薄膜に形成された亀裂、すなわち電子放出部から電子を放出させる。 When the electron-emitting device is operated, a potential difference is applied between the pair of electrode patterns, whereby electrons are emitted from a crack formed in the conductive thin film, that is, an electron-emitting portion.
このような電子放出素子は、基板上に複数個並べて形成され、さらに、蛍光体スクリーンと組み合わされて表示装置が構成される。 A plurality of such electron-emitting devices are formed side by side on a substrate and further combined with a phosphor screen to constitute a display device.
表示装置の動作時には、外部から画像データに基づく駆動信号が与えられ、複数の電子放出素子の電極対に選択的に電位差が与えられて電子が放出される。そして、各電子放出素子に一対一で対応して設けられた蛍光体スクリーンの各画素が選択的に励起発光されて画像が表示される。 During the operation of the display device, a drive signal based on image data is given from the outside, and a potential difference is selectively given to the electrode pairs of the plurality of electron-emitting devices to emit electrons. Then, each pixel of the phosphor screen provided in one-to-one correspondence with each electron-emitting device is selectively excited and emitted to display an image.
しかし、上述した従来の電子放出素子は、導電性薄膜に亀裂を生じさせる通電フォーミングを実施した際、亀裂(すなわち電子放出部)の両端で切れ残りを生じる場合があった。このように、亀裂の端部で切れ残りを生じると、この部分がエミッション電流に寄与しないリーク電流の経路となり、表示装置の消費電力が増大するとともに、ドライバの電流容量を圧迫してドライバの負担を増大する問題があった。 However, the above-described conventional electron-emitting device sometimes causes uncut portions at both ends of the crack (that is, the electron-emitting portion) when conducting energization forming that causes a crack in the conductive thin film. As described above, when a crack is left at the end of the crack, this portion becomes a path of a leakage current that does not contribute to the emission current. There was a problem to increase.
例えば、導電性薄膜を形成するための金属溶液をインクジェット方式により基板上に形成する場合、基板に噴射した金属溶液が基板に濡れ広がり金属溶液の端部の膜厚が他の部分と比較して薄くなる。膜厚が薄くなると、この薄くなった部分で電流が流れ難くなり、ジュール熱が小さくなって切れ残りを生じてしまう。
この発明の目的は、リーク電流を抑制できドライバの負担を軽減できる電子放出素子、電子放出装置、表示装置、および電子放出素子の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electron-emitting device, an electron-emitting device, a display device, and a method for manufacturing the electron-emitting device that can suppress a leakage current and reduce a burden on a driver.
上記目的を達成するため、本発明の電子放出素子は、基板上に互いに離間して設けられた一対の電極と、これら一対の電極をつなぐ導電膜と、この導電膜の膜厚を均一にすべく導電膜の周縁部を規定する規定手段と、上記一対の電極に電位差を与えることにより上記導電膜に亀裂を生じせしめて形成される電子放出部と、を有する。 In order to achieve the above object, an electron-emitting device according to the present invention includes a pair of electrodes provided on a substrate so as to be spaced apart from each other, a conductive film connecting the pair of electrodes, and a uniform film thickness of the conductive film. Therefore, there is provided a defining means for defining the peripheral portion of the conductive film, and an electron emission portion formed by causing a crack in the conductive film by applying a potential difference to the pair of electrodes.
また、本発明の電子放出装置は、上記電子放出素子を基板上に複数個並べて配置して構成され、外部から与えられる信号に応じて各電子放出素子の一対の電極に選択的に電位差を与えることにより上記複数の電子放出素子から選択的に電子を放出させる。 The electron-emitting device of the present invention is configured by arranging a plurality of the electron-emitting devices on the substrate, and selectively applies a potential difference to a pair of electrodes of each electron-emitting device according to a signal given from the outside. Thus, electrons are selectively emitted from the plurality of electron-emitting devices.
また、本発明の表示装置は、上記電子放出装置と、この電子放出装置の複数の電子放出素子から選択的に放出される電子の衝突により画像を表示する画像表示部と、を有する。 The display device of the present invention includes the above-described electron emission device and an image display unit that displays an image by collision of electrons selectively emitted from a plurality of electron emission elements of the electron emission device.
また、本発明の電子放出素子の製造方法によると、基板上に互いに離間した一対の電極を形成する工程と、これら一対の電極をつなぐ導電膜の周縁部の広がりを規制する孔を有する絶縁膜を上記一対の電極を跨ぐように上記基板上に形成する工程と、上記絶縁膜の孔に導電性の膜材料を供給して上記一対の電極をつなぐ導電膜を形成する工程と、上記一対の電極に電位差を与えて上記導電膜に亀裂を生じせしめて電子放出部を形成する工程と、を有する。 In addition, according to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, the step of forming a pair of electrodes spaced apart from each other on the substrate, and the insulating film having a hole for regulating the spread of the peripheral portion of the conductive film that connects the pair of electrodes On the substrate so as to straddle the pair of electrodes, forming a conductive film connecting the pair of electrodes by supplying a conductive film material to the holes of the insulating film, and the pair of pairs Forming an electron emission portion by applying a potential difference to the electrodes to cause cracks in the conductive film.
更に、本発明の電子放出素子の製造方法によると、絶縁膜の周縁部の広がりを規制する形状を有するとともに絶縁膜の膜厚を均一にすべく均一な深さを有する有底の穴を基板上に形成する工程と、上記穴内で互いに離間して一部が介在するように上記基板上に一対の電極を形成する工程と、上記一対の電極をつなぐように上記穴内に導電性の膜材料を供給して上記導電膜を形成する工程と、上記一対の電極に電位差を与えて上記導電膜に亀裂を生じせしめて電子放出部を形成する工程と、を有する。 Furthermore, according to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, a bottomed hole having a shape that regulates the spread of the peripheral portion of the insulating film and having a uniform depth to make the thickness of the insulating film uniform is formed on the substrate. A step of forming a pair of electrodes on the substrate so as to be partially spaced apart from each other in the hole, and a conductive film material in the hole so as to connect the pair of electrodes. To form the conductive film, and to provide a potential difference between the pair of electrodes to cause cracks in the conductive film to form an electron emission portion.
上記発明によると、一対の電極をつなぐ導電膜の周縁部を規定して、任意形状の均一な膜厚の導電膜を形成する。 According to the above invention, the peripheral portion of the conductive film connecting the pair of electrodes is defined, and the conductive film having an arbitrary shape and a uniform film thickness is formed.
この発明の電子放出素子、電子放出装置、表示装置、および電子放出素子の製造方法は、上記のような構成および作用を有しているので、導電膜の周縁部で膜厚が薄くなることがなく膜厚を均一にすることができ、電子放出部の端部に切れ残りを生じることを防止でき、リーク電流を抑制できるとともにドライバの負担を軽減できる。 Since the electron-emitting device, the electron-emitting device, the display device, and the method for manufacturing the electron-emitting device according to the present invention have the above-described configuration and operation, the film thickness may be reduced at the periphery of the conductive film. Thus, the film thickness can be made uniform, the occurrence of uncut portions at the end of the electron emission portion can be prevented, the leakage current can be suppressed, and the burden on the driver can be reduced.
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には、この発明の実施の形態に係る電子放出素子を備えた表示装置として表面伝導型電子放出表示装置(以下、SEDと称する)の外観斜視図を示してある。 FIG. 1 is an external perspective view of a surface conduction electron-emitting display device (hereinafter referred to as SED) as a display device including an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.
SEDは、それぞれ矩形状の石英ガラスからなるリアプレート10およびフェースプレート12を有する。これらのプレート10、12は、約1.5〜3.0mmの間隔を置いて対向配置されている。そして、リアプレート10およびフェースプレート12は、ガラスからなる矩形枠状の側壁14を介して周縁部同志が接合され、偏平な矩形状の真空外囲器15を構成している。
The SED has a
図2および図3に示すように、フェースプレート12の内面には蛍光体スクリーン16が形成されている。この蛍光体スクリーン16は、赤、青、緑の複数の蛍光体層16a、および蛍光体層間に位置した黒色着色層16bを並べて構成されている。これらの蛍光体層16aはストライプ状あるいはドット状に形成されている。また、蛍光体スクリーン16上には、アルミニウム等からなるメタルバック17が形成されている。さらに、フェースプレート12と蛍光体スクリーン16との間に、例えばITOからなる透明導電膜あるいはカラーフィルタ膜を設けてもよい。このように、フェースプレート12に複数の層を積層した構造が、本発明の画像表示部として機能する。
As shown in FIGS. 2 and 3, a phosphor screen 16 is formed on the inner surface of the
リアプレート10(基板)の内面には、蛍光体層16aを励起発光させるための電子ビームを放出する多数の電子放出素子18が設けられている。これらの電子放出素子18は、画素毎、すなわち蛍光体層16a毎に一対一で対応して設けられ、複数列および複数行に並べて配列されている。各電子放出素子18の詳細については後に詳述する。
On the inner surface of the rear plate 10 (substrate), a number of electron-
図4に示すように、リアプレート10上には、多数の電子放出素子18を接続する多数本の配線がマトリックス状に設けられている。このように、多数の電子放出素子18をマトリックス状に配線してリアプレート10上に配置した構造が、本発明の電子放出装置として機能する。電子放出素子18の配列については、種々のものを採用できるが、ここでは、図4を用いてその一例を説明する。
As shown in FIG. 4, on the
電子放出装置は、リアプレート10の内面に、多数の電子放出素子18を整列配置して構成される。すなわち、図中X方向(上下方向)にn個、Y方向(左右方向)にm個の電子放出素子18が形成されている。
The electron emission device is configured by arranging a large number of
各電子放出素子18の一方の電極は、それぞれ同じ行にある電子放出素子18同士で共通の配線により接続されている。これをY配線と呼ぶ。Y配線は、Y1からYmまでm本ある。また、各電子放出素子18の他方の電極は、それぞれ同じ列にある電子放出素子18同士で共通の配線により接続されている。これをX配線と呼ぶ。X配線は、X1からXnまでn本ある。
One electrode of each electron-
X配線およびY配線は、各電子放出素子18の後述する一対の電極膜と同様な材料で、同様な成膜およびパターニング方法で形成される。また、全てのX配線とY配線との間には交差点があるが、全ての交差点は図示しない絶縁膜により、電気的に絶縁されているものとする。この絶縁膜として、例えば、真空蒸着法、印刷<BR>法、スパッタ法等を用いて形成されるSiO2等がある。
The X wiring and the Y wiring are made of the same material as that of a pair of electrode films described later of each electron-
例えば、Y配線には、Y方向に配列した電子放出素子18の行を選択するための信号電圧(走査信号)が印加され、X配線にはX方向に配列した電子放出素子18の電流を変調するための信号電圧(変調信号)が印加されるようになっている。従って、各電子放出素子18に印加される駆動電圧は、各電子放出素子18に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
For example, a signal voltage (scanning signal) for selecting a row of the electron-emitting
例えば、特定の電子放出素子18に着目して、Y配線にマイナスしきい値電圧Vf[V]を印加し、X配線に0[V]を印加した場合は、素子電極間にはしきい値電圧Vfが印加されることになる。
For example, paying attention to a specific electron-
従って、例えば、配線Y1にマイナスのしきい値電圧Vf[V]を印加(走査信号を入力)し、配線X1に0[V]、X2〜Xnには0[V]以上の任意電圧(変調信号)を印加する事により、配線Y1と配線X1に配線された電子放出素子18では、素子電流は放出されず、その他の電子放出素子18では任意の素子電流が放出されることになる。
Therefore, for example, a negative threshold voltage Vf [V] is applied to the wiring Y1 (a scanning signal is input), and 0 [V] is applied to the wiring X1, and any voltage (modulation) of 0 [V] or more is applied to X2 to Xn. By applying a signal), no device current is emitted from the electron-emitting
この様に、上記構成の電子放出装置においては、単純なマトリクス配線を用いて、特定の電子放出素子18を選択的に独立して駆動することが可能である。
Thus, in the electron emission device having the above-described configuration, it is possible to selectively drive specific
また、上記のように構成されたフェースプレート12とリアプレート10の周縁部同士を接合する側壁14は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材20により、リアプレート10の周縁部およびフェースプレート12の周縁部に封着され、フェースプレート12およびリアプレート10を接合している。
Moreover, the
さらに、SEDは、リアプレート10およびフェースプレート12の間に配設されたスペーサアッセンブリ22を備えている。このスペーサアッセンブリ22は、板状のグリッド24と、グリッドの両面に一体的に立設された複数の柱状のスペーサ30と、を備えて構成されている。
Further, the SED includes a
詳細に述べると、グリッド24はフェースプレート12の内面に対向した第1面24aおよびリアプレート10の内面に対向した第2面24bを有し、これらのプレート10、12と平行に配置されている。そして、グリッド24には、エッチング等により多数のビーム通過孔26および複数のスペーサ開孔28が形成されている。ビーム通過孔26は、それぞれ電子放出素子18に対向して配列されているとともに、スペーサ開孔28は、それぞれビーム通過孔間に位置し所定のピッチで配列されている。
More specifically, the
グリッド24は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により厚さ0.1〜0.25[mm]に形成されているとともに、その表面には、金属板を構成する元素からなる酸化膜、例えば、Fe3O4、NiFe3O4からなる酸化膜が形成されている。また、ビーム通過孔26は、0.15〜0.25[mm]×0.20〜0.40[mm]の矩形状に形成され、スペーサ開孔28は直径が約0.1〜0.2[mm]の略円形に形成されている。
The
グリッド24の第1面24a上には、各スペーサ開孔28に重ねて第1スペーサ30aが一体的に立設され、その延出端は、メタルバック17および蛍光体スクリーン16の黒色着色層16bを介してフェースプレート12の内面に当接している。また、グリッド24の第2面24b上には、各スペーサ開孔28に重ねて第2スペーサ30bが一体的に立設され、その延出端は、リアプレート10の内面に当接している。そして、各スペーサ開孔28、第1および第2スペーサ30a、30bは互いに整列して位置し、第1および第2スペーサ30a、30bはこのスペーサ開孔28を介して互いに一体的に連結されている。
On the
第1および第2スペーサ30a、30bの各々は、グリッド24側からその延出端に向かって徐々に径が小さくなるテーパ形状、すなわち、より詳細には略円錐台形状に形成されている。
Each of the first and
例えば、各第1スペーサ30aは、グリッド24側の端部の径が約400[μm]、延出端側の端部の径が約280[μm]、高さが約0.3〜0.5[mm]に形成され、アスペクト比(高さ/グリッド側端の径)は0.75〜1.25となっている。
For example, each
また、各第2スペーサ30bは、グリッド24側の端部の径が約400[μm]、延出端側の径が約150[μm]、高さが約1〜1.2[mm]に形成され、アスペクト比は、2.5〜3となっている。
Each of the
前述したように、グリッド24に形成された各スペーサ開孔28の径は約0.1〜0.2[mm]であり、第1スペーサ30aのグリッド側端の径、及び第2スペーサ30bのグリッド側端の径よりも十分に小さく、設定されている。そして、第1スペーサ30aおよび第2スペーサ30bをスペーサ開孔28と同軸的に整列して一体的に設けることにより、第1および第2スペーサはスペーサ開孔28を通して互いに一体的に連結され、グリッド24と一体に形成されている。
As described above, the diameter of each spacer opening 28 formed in the
そして、上記のように構成されたスペーサアッセンブリ22のグリッド24は、図示しない電源から所定の電圧が印加され、クロストークを防止するとともに各ビーム通過孔26により対応する電子放出素子18から放出された電子ビームを所望の蛍光体層上に収束する。また、第1および第2スペーサ30a、30bは、フェースプレート12およびリアプレート10の内面に当接することにより、真空外囲器15の外側からプレート10、12に作用する大気圧荷重を支持し、プレート間の間隔を所定値に維持している。
The
さらに、上記のように製造されたスペーサアッセンブリ22を組み込んでSEDを製造する。この場合、予め、電子放出素子18が設けられているとともに側壁14が接合されたリアプレート10と、蛍光体スクリーン16およびメタルバック17の設けられたフェースプレート12とを用意しておく。そして、上記のように製造されたスペーサアッセンブリ22をリアプレート10上に位置決めした状態で、このリアプレート10およびフェースプレート12を図示しない真空チャンバ内に配置する。そして、真空チャンバ内を真空排気した状態で、側壁14を介してフェースプレート12をリアプレート10に接合する。これにより、スペーサアッセンブリ22を備えたSEDが製造される。
Further, the SED is manufactured by incorporating the
次に、本発明の第1の実施の形態に係る電子放出素子18について、図5を参照してより詳細に説明する。図5には、1つの電子放出素子18をリアプレート10の内面側から見た平面図を示してある。
Next, the electron-emitting
電子放出素子18は、リアプレート10の内面に、互いに離間した2つの素子電極31、32(一対の電極)を形成し、これら素子電極31、32間のギャップを跨ぐようにガイド膜(規定手段、絶縁膜)33を設け、その後、ガイド膜33の孔33a内に導電性の膜材料を供給して素子電極31、32間のギャップを繋ぐ導電膜34を形成し、最後に、導電膜34を2分割したようなライン状の電子放出部36を形成して構成されている。
The electron-emitting
リアプレート10の材料として、本実施の形態で採用した石英ガラスの他に、Na等の不純物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SiO2を積層した積層体、アルミナ等のセラミックス及びSi基板等を用いることができる。
As the material of the
また、素子電極31、32の材料としては、一般的な導体材料を用いることができ、例えば、Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd等の金属、或は合金印刷導体、半導体材料等から適宜選択される。本実施の形態では、Ptにより素子電極31、32を形成した。
Moreover, as a material of the
また、ガイド膜33の材料としては、例えば、酸化珪素(SiO2)などの絶縁材料を用いることができる。尚、ガイド膜33の厚さは、少なくとも導電膜34が孔33aから突出することのない十分な厚さに設定される。
In addition, as the material of the
導電膜34を形成するための導電性の膜材料として、例えば、Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pb等の金属、PdO、SnO2、In2O3、PbO、Sb2O3等の酸化物導電体、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、カーボン等を含む有機金属溶液が挙げられる。
Examples of the conductive film material for forming the
電子放出部36は、導電膜34の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電膜34の膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法等に依存したものとなる。本実施の形態では、ガイド膜33の孔33aによって周縁部を規定した導電膜34を形成するため、導電膜34の周縁部がリアプレート10に濡れ広がることがなく、リアプレート10に対して略垂直に切り立った状態となる。このため、導電膜34の膜厚を周縁部を含めて均一に形成でき、電子放出部36の端部で切れ残りを生じることを防止できる。
The
このように形成される電子放出部36の内部には、直径が数Åから数十nmの範囲の導電性微粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電膜34を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するものとなる。また、少なくとも電子放出部36及びその近傍の導電膜34には、炭素及び炭素化合物が堆積される。
In some cases, conductive fine particles having a diameter in the range of several to several tens of nanometers may exist inside the
次に、上記構造の電子放出素子18の製造方法について、図6に示すフローチャートとともに図7乃至図10を参照して説明する。
まず、リアプレート10を有機溶剤により十分に洗浄した後、真空蒸着法やスパッタ法を用いて素子電極31、32の材料となるPtを20〜50nmの厚さで成膜する。この後、フォトリソグラフィー技術により、上述した形状の素子電極31、32をリアプレート10上に複数組形成する(図6;ステップ1)。このとき、一対の素子電極31、32の間には、図7に示すようなギャップGが形成される。
Next, a method for manufacturing the electron-emitting
First, after the
この後、複数組の素子電極31、32に重ねてリアプレート10上に真空蒸着法、印刷法、スパッタ法などを用いて例えばSiO2などの絶縁膜を約20nmの厚さで成膜する。そして、この絶縁膜をリフトオフ、エッチング、レーザ加工等により例えば図8に示す形状にパターニングし、一対の素子電極31、32の間のギャップGを跨ぐ形状の複数のガイド膜33を形成する(ステップ2)。ここでは、矩形の絶縁膜に円形の孔33aを有するガイド膜33を例示したが、ガイド膜33の外形および孔33aの形状は任意に設定可能である。
Thereafter, an insulating film such as SiO 2 is formed to a thickness of about 20 nm on the
次に、上記のように形成した各ガイド膜33の孔33a内に、図9に示すように有機金属溶液Lを供給する。有機金属溶液Lは、バブルジェット法、インクジェット法、ピエゾジェット法、ディッピング法、またはスピンナー法などを用いて孔33a内に供給される。このとき、ガイド膜33の孔33aの垂直に切り立った内壁が有機金属溶液Lの濡れ広がりを規制するよう機能する。有機金属溶液Lには、導電膜34の材料(本実施の形態ではPd)を主元素とする有機化合物の溶液を用いることができる。そして、この有機金属溶液を加熱焼成処理し、図10に示すような略円柱形状の複数の導電膜34を形成する(ステップ3)。この導電膜34の周縁部は、ガイド膜33の孔33aによって規定され、図10に示すように、膜厚方向に切り立った形状、すなわち略円柱形状となる。
Next, as shown in FIG. 9, the organometallic solution L is supplied into the
さらに、この後、各導電膜34に電子放出部36を形成するためのフォーミング処理を行う(ステップ4)。フォーミング処理は、通常、一対の素子電極31、32に電位差を与えて各導電膜34に通電することにより行う。つまり、素子電極31、32間に、電圧を印加する事により、導電膜34内に、ジュール熱が発生し、導電膜34に亀裂が生じ、電子放出部36が形成される。フォーミング処理時における電圧は、パルス波形が望ましい。フォーミング処理の終了は、例えば、0.1[V]程度の電圧印加により流れる電流を測定し、抵抗値を求めて、1[MΩ]以上の抵抗を示した時点とすることができる。
Further, after that, a forming process for forming the
本実施の形態では、素子電極31、32と導電膜34を形成した状態のリアプレート10を図示しない真空装置内に設置し、10-4[Pa]台の真空中で素子電極31、32間に電圧を印加した。電圧波形は矩形波パルスとし、パルス幅を0.1[msec]、パルス間隔を16[msec]、波高値を10[V]として、60秒間電圧を印加した。この結果、素子電極31、32が対向する端辺と略平行に、各導電膜34の略中間位置に電子放出部36が形成された。また、このとき、電子放出部36の端部に切れ残りを生じるこてとはなかった。
In the present embodiment, the
上記のようにフォーミング処理を終えた電子放出素子18には活性化処理が施される。活性化処理とは、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、フォーミング処理と同様に、素子電極31、32間にパルス状の電圧を印加することで実施される。この活性化処理により、後述する素子電流Ifおよび放出電流Ieが著しく増加する。
The electron-emitting
有機物質のガスを含有する雰囲気は、油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空装置内を排気した場合に雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することができる他、真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。適当な有機物質としては、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、有機酸類等がある。 The atmosphere containing the organic substance gas can be formed using the organic gas remaining in the atmosphere when the vacuum device is evacuated using an oil diffusion pump, rotary pump, etc. It can also be obtained by introducing an organic gas. Suitable organic substances include aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, amines, organic acids and the like.
本実施の形態では、リアプレート10を収容配置した真空装置内にメタンを10-3[Pa]台で導入し、活性化処理を実施した。素子電極31、32に印加する電圧は、18[V]の矩形パルスで、パルス幅を1[msec]、パルス間隔を10[msec]とし、30分間電圧を印加した。
In the present embodiment, methane was introduced on a 10 −3 [Pa] stage into a vacuum apparatus accommodating and arranging the
この活性化処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が電子放出素子18上に堆積し、少なくとも電子放出部36が炭化される。これにより、素子電流If、放出電流Ieが著しく変化するようになる。尚、堆積物の膜厚は、50[nm]以下の範囲とするのが好ましく、30[nm]以下の範囲とすることがより好ましい。
By this activation treatment, carbon or a carbon compound is deposited on the electron-emitting
上述したように活性化処理がなされた電子放出素子18には、真空雰囲気中で熱処理(ベーキング処理)がなされる。言い換えると、真空装置内に配置したリアプレート10を加熱しつつ真空装置内に残留した有機ガスを排気する。真空装置を排気する真空排気装置は、当該装置から発生するオイルが電子放出素子18の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。真空装置内の有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で10−6[Pa]以下が好ましく、さらには10-8[Pa]以下が特に好ましい。さらに、真空装置内を排気するときには、真空装置全体を加熱して、真空装置内壁や、電子放出素子18に吸着した有機物質分子を排気しやすくする。
The electron-emitting
以上のように、上述した第1の実施の形態の電子放出素子18によると、ガイド膜33の孔33aの形状に依存した形状の均一な膜厚を有する導電膜34を形成できる。このため、従来のようにガイド膜33を設けない場合と比較して、導電膜34の周縁部の膜厚を均一にでき、通電フォーミング時における電子放出部36の端部の切れ残りを防止できる。よって、本発明によると、エミッションに寄与しない不所望なリーク電流を抑制でき、SEDの消費電力を低減でき、ドライバの負担を軽減できる。
As described above, according to the electron-emitting
また、本実施の形態によると、ガイド膜33の孔33aの形状を任意に設定することにより、導電膜34の形状を任意に設定でき、設計の自由度を高めることができるとともに、電子放出部36の長さなども自由に設計できる。
In addition, according to the present embodiment, by arbitrarily setting the shape of the
次に、この発明の第2の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法について、図11に示すフローチャートとともに図12乃至図15を参照して説明する。
まず、リアプレート10の上面に図12に示すような有底の穴41を多数形成する(図11;ステップ1)。穴41の位置は、電子放出部36の位置に応じて決められる。穴41の形状は、任意に設定可能であるが、本実施の形態では円形にした。穴41の深さは、導電膜34の厚さより少なくとも深く、且つ均一に形成することが重要である。
Next, a method for manufacturing an electron-emitting device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 15 together with the flowchart shown in FIG.
First, many bottomed
この後、リアプレート10を有機溶剤により十分に洗浄し、図13に示すような素子電極31、32を成膜する(ステップ2)。このとき、素子電極31、32の一部が穴41内に介在し、両者の間に所定のギャップGが形成されている。素子電極31、32の成膜方法は、上述した第1の実施の形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
Thereafter, the
次に、素子電極31、32が部分的に介在した穴41内に、図14に示すように有機金属溶液Lを供給し、図15に示すような導電膜34を形成する(ステップ3)。導電膜34の材料や形成方法は上述した第1の実施の形態と同じである。本実施の形態でも、穴41の垂直に切り立った内壁が有機金属溶液Lの濡れ広がりを規制するよう機能するため、導電膜34の周縁部が膜厚方向に切り立った形状となり、膜厚が均一になる。
Next, an organic metal solution L is supplied as shown in FIG. 14 into the
さらに、この後、各導電膜34に電子放出部36を形成するためのフォーミング処理(ステップ4)を経て、活性化処理、およびベーキング処理がなされ、リアプレート10上に多数の電子放出素子18が形成される。尚、フォーミング処理、活性化処理、およびベーキング処理については、上述した第1の実施の形態と同じであるため、ここではその詳細な説明を省略する。
Further, after that, through a forming process (step 4) for forming the
以上のように、本実施の形態においても、上述した第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態のように、リアプレート10に穴41を形成する場合、第1の実施の形態のガイド膜33を省略でき、部品点数を少なくでき、製造コストを低減できる。
As described above, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained. Further, when the
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment mentioned above. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.
例えば、上述した実施の形態では、一対の素子電極31、32をつなぐ導電膜34として円形の絶縁膜を形成した場合について説明したが、これに限らず、導電膜34の形状は任意に設定できる。
For example, in the above-described embodiment, the case where a circular insulating film is formed as the
例えば、図16に示すように、導電膜34の形状をひし形にしてその対角線に沿って電子放出部36を形成することにより、電子放出部36の長さを比較的長くすることができる。これにより、電界放出型電子源の欠点であるエミッションのゆらぎの問題を解消できる。つまり、電子放出部36を長くして且つ素子電圧を上げることにより、エミッションの不所望な振動を抑制でき、ゆらぎを解消できる。
For example, as shown in FIG. 16, by forming the
また、図16に示す形状を採用することにより、円形の導電膜34に形成する電子放出部36と同じ長さの電子放出部を形成しようとした場合、導電膜34を形成するための絶縁材の供給量を少なくでき、その分コストを低減できる。
In addition, by adopting the shape shown in FIG. 16, when an electron emission portion having the same length as the
また、上述した第1の実施の形態では、リアプレート10上に素子電極31、32を形成した後、ガイド膜33を形成したが、リアプレート10を製造する際にガイド膜33に相当する形状加工をしても良い。さらに、全てのガイド膜33をつなげてリアプレート10の全面に亘って絶縁層を設け、電子放出部36を形成する位置に孔33aを開けたものを採用しても良い。
In the first embodiment described above, the
10…リアプレート、
12…フェースプレート、
15…真空外囲器、
18…電子放出素子、
31、32…素子電極、
33…ガイド膜、
33a…孔、
34…導電膜、
36…電子放出部、
41…穴、
G…ギャップ、
L…有機金属溶液。
10 ... Rear plate,
12 ... Face plate,
15 ... Vacuum envelope,
18 ... an electron-emitting device,
31, 32 ... Element electrodes,
33 ... guide membrane,
33a ... hole,
34 ... conductive film,
36 ... electron emission part,
41 ... hole,
G ... Gap,
L: Organometallic solution.
Claims (14)
これら一対の電極をつなぐ導電膜と、
この導電膜の膜厚を均一にすべく導電膜の周縁部を規定する規定手段と、
上記一対の電極に電位差を与えることにより上記導電膜に亀裂を生じせしめて形成される電子放出部と、
を有することを特徴とする電子放出素子。 A pair of electrodes spaced apart from each other on the substrate;
A conductive film connecting the pair of electrodes;
Defining means for defining the peripheral edge of the conductive film in order to make the film thickness of the conductive film uniform;
An electron emission portion formed by causing a crack in the conductive film by applying a potential difference to the pair of electrodes;
An electron-emitting device comprising:
この電子放出装置の複数の電子放出素子から選択的に放出される電子の衝突により画像を表示する画像表示部と、
を有することを特徴とする表示装置。 An electron emission device according to claim 7,
An image display unit that displays an image by collision of electrons selectively emitted from a plurality of electron-emitting devices of the electron-emitting device;
A display device comprising:
これら一対の電極をつなぐ導電膜の周縁部の広がりを規制する孔を有する絶縁膜を上記一対の電極を跨ぐように上記基板上に形成する工程と、
上記絶縁膜の孔に導電性の膜材料を供給して上記一対の電極をつなぐ導電膜を形成する工程と、
上記一対の電極に電位差を与えて上記導電膜に亀裂を生じせしめて電子放出部を形成する工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 Forming a pair of spaced apart electrodes on the substrate;
Forming an insulating film on the substrate so as to straddle the pair of electrodes, the insulating film having a hole for restricting the spread of the peripheral portion of the conductive film connecting the pair of electrodes;
Supplying a conductive film material to the holes of the insulating film to form a conductive film connecting the pair of electrodes;
Providing a potential difference between the pair of electrodes to cause a crack in the conductive film to form an electron emission portion;
A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising:
上記穴内で互いに離間して一部が介在するように上記基板上に一対の電極を形成する工程と、
上記一対の電極をつなぐように上記穴内に導電性の膜材料を供給して上記導電膜を形成する工程と、
上記一対の電極に電位差を与えて上記導電膜に亀裂を生じせしめて電子放出部を形成する工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 Forming a bottomed hole on the substrate having a shape that regulates the spread of the peripheral edge of the insulating film and having a uniform depth so as to make the film thickness of the insulating film uniform;
Forming a pair of electrodes on the substrate so as to be partially spaced apart from each other in the hole;
Supplying a conductive film material in the hole so as to connect the pair of electrodes to form the conductive film;
Providing a potential difference between the pair of electrodes to cause a crack in the conductive film to form an electron emission portion;
A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising:
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-
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