Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3737708B2 - Field emission device and image display device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3737708B2 - Field emission device and image display device - Google Patents

Field emission device and image display device Download PDF

Info

Publication number
JP3737708B2
JP3737708B2 JP2001076845A JP2001076845A JP3737708B2 JP 3737708 B2 JP3737708 B2 JP 3737708B2 JP 2001076845 A JP2001076845 A JP 2001076845A JP 2001076845 A JP2001076845 A JP 2001076845A JP 3737708 B2 JP3737708 B2 JP 3737708B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
field emission
emission device
field
magnetic
electron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001076845A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002279888A (en
Inventor
勝義 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001076845A priority Critical patent/JP3737708B2/en
Publication of JP2002279888A publication Critical patent/JP2002279888A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3737708B2 publication Critical patent/JP3737708B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出装置、及び電界放出装置を用いて構成した画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像表示装置に用いられる表面伝導型の電界放出素子は、例えば特開平11−287862号公報などにおいて、詳細に説明されている。例えば、図9は、従来の平面型の電界放出素子の一構成例を模式的に示す断面図である。図9において、基板1の表面には一対の電極(素子電極)2,3が設けられ、これら電極2,3間には、導電性膜4が形成されている。導電性膜4には、間隙部5が形成されていて、この間隙部5の近傍は電子放出部6を構成する。
【0003】
電子放出部6からの電子放出は、対抗する素子電極2,3への電圧印加によって生ずる間隙部の強い電界により、電子放出部の片方の導電膜から電子がトンネル効果により真空中に放出されることにより行われる。
【0004】
しかし、放出された電子は、電子放出部近傍の電界にそって進み、ほとんどの電子が電子放出部の対向する正電極の導電性膜に吸収されてしまい、電子放出部6の上方に設けられたアノード(図示せず)の電界に引かれた一部の電子のみが有効な電子放出となる。従って、有効な電子放出効率は0.1%程度と低く、これを高めることが大きな課題であった。また、このような電界放出素子を複数個配置してなる電子源、この電子源を備えた画像表示装置も、電界放出素子の電子放出効率が低いため、駆動電力の増大、発熱などの問題があり、その改善が求められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情の下になされ、高い電子放出効率を示す電界放出装置、及びこの電界放出装置を用いて構成した、低駆動電力で動作することを可能とする画像表示装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、基板上に対向して配置された一対の電極と、前記電極間に設けられ、間隙部を有する導電性膜と、前記間隙部の近傍に形成された電子放出部を有する電界放出素子、及び前記電界放出素子の上方に対向して配置され、前記電子放出部から放出された電子を吸引するアノードを具備する電界放出装置であって、前記基板と導電性膜との間に、前記間隙部が延びる方向を磁場方向とする磁性膜を配置し、前記磁性膜は、前記間隙部から放出される電子に前記アノードに向ける力を作用する磁場を生ずることを特徴とする電界放出装置を提供する。
【0007】
本発明の電界放出素子において、磁性膜は、非磁性体中に着磁された強磁性体粒子が分散されてなる、グラニュラー構造を有することが出来る。
この場合、磁性膜は、基板と電子放出部との間に形成された、非磁性絶縁体中に着磁された強磁性体粒子が分散されてなる絶縁性磁性膜とすることが出来る。
【0008】
また、本発明は、基板上に対向して配置された一対の電極と、前記電極間に設けられ、間隙部を有する導電性膜と、前記間隙部の近傍に形成された電子放出部を有する電界放出素子、及び前記電界放出素子の上方に対向して配置され、前記電子放出部から放出された電子を吸引するアノードを具備する電界放出装置であって、前記導電性膜が、前記間隙部が延びる方向に着磁されており、前記間隙部から放出される電子に前記アノードに向ける力を作用する磁場を生ずることを特徴とする電界放出装置を提供する。
【0009】
更に、本発明は、上述の電界放出素子が複数個配置されており、前記電界放出素子の一対の電極に入力電気信号を加える手段を具備することを特徴とする電界放出装置を提供する。
【0010】
この場合、複数個の電界放出素子をマトリクス状に配置し、個々の電界放出素子の一方の電極を行配線に接続し、個々の電界放出素子の他方の電極を前記行配線と直交する列配線に接続することが出来る。
【0011】
更にまた、本発明は、上述の電界放出装置と、入力電気信号によって個々の電界放出素子の電子放出部からの電子の放出に基づいて画像を表示する画像表示手段とを具備することを特徴とする画像表示装置を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明は、電子放出部近傍の放出された電子に、アノードに向ける力を作用させるような静磁場を生ずる磁性部材を配置したことを特徴とする。
【0013】
図2に示すように、電子の流れに静磁場が作用すると、電子にローレンツ力が働く。そのため、本発明では、導電性部材の間隙において、一方から他方への電子の流れに対し、それと垂直な方向で、かつ電子に力を加える方向とは垂直な方向、即ち間隙部が延びる方向に磁場を作用させている。即ち、そのような方向を磁場方向とする磁性部材を配置させている。
【0014】
このように、電子流と直交した横磁場により、電子放出部から放出された電子は電子放出部から離れるような力が働くことになり、間隙部の対向する導電性膜に引かれないでアノードに引かれる割合が増加し、有効な電子放出効率は増加する。
【0015】
例えば、電子放出部の間隙の距離を10nmとし、10Vの電圧を印加したとき、1テスラ(T)の横磁場中での電子は間隙部の電界以外に、約2V/μm相当の磁場による加速を受ける。この加速のため、電子はアノードに引かれ易くなり、アノードに達する電子は増加し、有効な電子放出効率は、従来0.1%程度であったものが、約1%程度と大幅に向上する。
【0016】
有効な電子放出効率を向上させるには、電子放出部近傍の真空中を電子が移動するため、その電子放出部近傍に磁場を作用させる必要がある。
電子放出部は100nm以下程度の短いサイズであるために、電子放出部に磁場を作用させるには、磁性体は1nmから100nm程度に小さく、かつ非磁性体中に分散させて磁場を漏洩させ、1軸方向に着磁している、いわゆるグラニュラー構造磁性膜とすることが望ましい。即ち、放出電子にはこのような漏洩磁場を作用させることが望ましい。
【0017】
電子放出部に磁場を作用させる一例として、導電性膜をグラニュラー構造の磁性膜とし、該磁性膜による磁場を作用させることができる。この場合、磁性膜を、Al、Cu、Ti、Ta、Nbなどのメタルからなる非磁性導電体中に微小な強磁性体粒子を分散させた導電性磁性膜とすることが出来る。
【0018】
また、基板上に配設されたグラニュラー構造の絶縁性磁性膜の上に電子放出部を配設し、該磁性膜による磁場を作用させることもできる。グラニュラー構造の絶縁性磁性膜は、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化珪素などの絶縁物中に微小な強磁性体粒子を分散させた構成とすることが出来る。
【0019】
使用される強磁性体としては、例えばCo−Fe、Cr−Fe、Fe−Ni、Fe−Mn、Fe−V、Fe−N、Fe−Nd−B、Sm−Co、Sm−Fe−Zr、Sm−Fe−Zr−Nなど、または貴金属と遷移金属との磁性合金であるMn−Pt、Co−Pt、Co−Pd、Fe−Pd、Fe−Rh、Ni−Pd、Ni−Pt、Mn−Irなどを挙げることが出来る。
【0020】
以上のように構成される本発明の電界放出素子により、電子放出効率を大幅に向上させることが出来、そのような電界放出素子を多数個配置してなる電子源、およびそのような電子源を用いて構成した画像形成装置によると、低駆動電力での駆動が可能である。
【0021】
以下、本発明の実施態様について、図面を参照して説明する。
【0022】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電界放出素子の一構成例を示す模式図である。図1において、基板1の表面には、グラニュラー構造を有する絶縁性磁性膜11が形成され、この磁性膜11の上に一対の電極(素子電極)2,3が設けられている。そして、これら電極2,3間には、導電性膜4が形成されている。導電性膜4には、紙面から垂直方向に延びる間隙部5が形成されていて、この間隙部5の近傍は電子放出部6を構成する。
【0023】
基板1としては、通常、ガラスもしくはSi基板を用いることが出来る。ガラスとしては、例えばホウ珪酸ガラス、青板ガラスなどがあり、また、そのようなガラス表面に酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜などを形成したガラス基板が適している。
【0024】
基板1の上に形成されるグラニュラー構造の絶縁性磁性膜は、絶縁物質中に強磁性体粒子を分散させてなるものであり、強磁性体としては、例えばCo−Fe、Cr−Fe、Fe−Ni、Fe−Mn、Fe−V、Fe−N、Fe−Nd−B、Sm−Co、Sm−Fe−Zr、Sm−Fe−Zr−Nなど、または貴金属と遷移金属との磁性合金であるMn−Pt、Co−Pt、Co−Pd、Fe−Pd、Fe−Rh、Ni−Pd、Ni−Pt、Mn−Irなどを用いることができる。
【0025】
グラニュラー構造の絶縁性磁性膜は、例えばスパッタ法などで形成することが出来る。例えば、スパッタターゲットとして酸化珪素及び強磁性体を用い、これらを同時又は交互にスパッタすることにより、酸化珪素膜中に微小な強磁性体粒子が分散した絶縁性磁性膜を得ることが出来る。
絶縁性磁性膜の膜厚は、通常、1〜1000nmであり、好ましくは10〜100nmである。磁性膜の膜厚が薄すぎると、磁場が電子の流れに対して所望の作用を行うには不十分であり、また厚すぎても、それほどが効果が得られない。また、強磁性体粒子のサイズは、通常、磁性膜の膜厚の1/8〜1/2であるのが好ましい。
【0026】
酸化珪素中の強磁性体粒子のサイズは、スパッタ電力、基板温度、基板バイアスなどを調整することにより変えることができる。例えば、基板1として表面に酸化珪素膜を形成した青板ガラス基板を用い、スパッタターゲットとしてSiO2 、およびCoPtを用い、RFスパッタ電力2W/cm2 、基板温度150℃、基板バイアス0.2W/cm2 で、2分間スパッタすることで、粒径10nmのCoPt粒子がSiO2 膜中に分散した、厚さ20nmのグラニュラー構造CoPt−SiO2 磁性膜を得ることができる。
【0027】
その後、この絶縁性磁性膜を1軸方向に着磁させる。その磁束密度は、例えば1テスラ程度であるが、磁性膜を20nm程度に薄く設定しているため、着磁後も基板から数cm離れた距離では磁場は感知できないほど微弱である。この磁性膜は、密着性、信頼性などを考慮して、必要に応じて2層構造などの多層膜とすることもできる。
【0028】
絶縁性磁性膜11上に対向して配置される素子電極2,3を構成する材料としては、一般的な導体材料を用いることができる。例えば、Cr、Cu、Ir、Mo、Pd、Pt、Ti、Ta、W、Zr等の金属或は合金及びPdO、SnO2 、RuO2 等の酸化物などを適宜選択することができる。
【0029】
素子電極2,3間の間隔L1は、通常、素子電極2,3間に印加する電圧等を考慮して、数百nm〜数十μmの範囲に設定される。また、素子電極2,3の長さW(紙面に垂直な方向の寸法:図示せず)は、電極の抵抗値や電子放出特性を考慮して、数μm〜数百μmの範囲に設定される。素子電極2,3の膜厚dは、通常、数十nmから数μmの範囲に設定される。
【0030】
素子電極2,3間に形成される導電性膜4は、液滴法、真空蒸着法、印刷法などにより形成され、膜厚は、通常は、数Å〜数百nmの範囲となるように成膜される。
【0031】
導電性膜4は、単層であっても、或いは信頼性などを考慮して、2種類の材料からなる2層積層構造等の多層構造であってもよい。それらの材料は、良好な電子放出特性、十分な耐久性、素子作製の簡便さなどを考慮して決定される。また、導電性膜4の膜厚は、素子電極2,3へのステップカバレージ、素子電極2,3間の抵抗値等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数Å〜数百nmの範囲とするのが好ましい。
【0032】
導電性膜4を構成する具体的な材料としては、例えばPdO、SnO2 、In2 3 −Sb2 3 等の酸化物、Pd、Pt、Cr、Ti、Cu、Ta、W等の金属、Si等の半導体、カーボン等が挙げられ、適宜組合わせて用いることもできる。なお、導電性膜4と素子電極2,3は、同じ材料で作製することもできる。
【0033】
導電性膜4に形成されている間隙部5は、通電によるフォーミングもしくは集束イオンビーム技術などの微細加工技術によって形成される。かかる間隙部5の間隔L2は、100nm以下となるように加工するのが望ましい。間隙部5の間隔L2が100nmを超えると、高効率で均一な電子放出特性が得難くなる。
【0034】
電子放出部6には、電子放出を増加させるために、通常、後述する活性化処理が行われる。また、電子放出部6の内部には、数Åから数十nmの範囲の粒径の導電性微粒子を存在させてもよい。この導電性微粒子は、導電性膜4を構成する材料の元素の一部、あるいは全てを含有するものとなる。
【0035】
以上説明した構成を有する電界放出素子の製造方法としては、様々な方法があるが、その一例を図3を参照して以下に説明する。
【0036】
まず、基板1を十分に洗浄した後、図3(a)に示すように、スパッタ法等により絶縁性磁性体11を堆積する。この絶縁性磁性体11は、用途に応じて、例えばフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされる。
【0037】
次いで、真空蒸着法、もしくはスパッタ法等により素子電極材料を堆積した後、これを例えばフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングし、図3(b)に示すように、絶縁性磁性体11を形成した基板1上に素子電極2,3を形成する。
【0038】
次に、絶縁性磁性体11および素子電極2,3を設けた基板1上に、真空蒸着法などにより、第1の金属、例えばCrなどを、密着性向上のため及び液滴が広がらないように、0.5nmの厚さに堆積する。そして、この金属膜をリフトオフやエッチング等によりパターニングすることにより、図3(c)に示すように、第1の導電性膜12を形成する。
【0039】
その後、図3(d)に示すように、第1の導電性膜12上に有機パラジウム液13を液滴法により堆積させ、乾燥、焼成し、図3(e)に示すように、PdOからなる第2の導電性膜14を形成する。
【0040】
続いて、以下に示す手順で、素子電極2,3間にパルス電圧の印加を繰り返すことにより、図3(f)に示すように、電子放出部を形成するための間隙部5を形成する。
【0041】
その後、活性化工程と呼ばれる処理を施す。活性化工程とは、導電性膜12,14に形成した間隙部5及びその近傍の少なくとも一部に、以下に示すような手順で、電子放出部を形成する工程である。
【0042】
活性化工程は、例えば、図4に示すように、上方にアノードを配置し、真空下で、素子電極2,3間にパルスの印加を繰り返すことにより行うことができる。即ち、素子電極2,3間にパルスを所定のプログラムで印加し、素子電流If、放出電流Ieが、著しく増加することで電子放出部が形成される。間隙部の形成も、不活性雰囲気または真空下で基本的には同様の方法で実施することができる。
【0043】
活性化工程の終了の判定は、素子電流Ifと放出電流Ieを測定することにより行うことができる。なお、パルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは、適宜設定される。
【0044】
以上のような工程を経て得られた電界放出素子を、安定化工程に供することが好ましい。この工程は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることが出来る。
【0045】
上述の活性化工程において、排気装置として油拡散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生するオイル成分に由来する有機ガスを用いた場合には、この成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で1×10-8Torr以下が好ましく、さらには1×10-10Torr以下が特に好ましい。
【0046】
さらに、真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電界放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱条件は、80〜250℃、好ましくは150〜250℃で、出来るだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電界放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は、極力低くすることが望ましく、1×10-7Torr以下が好ましく、さらには1×10-8Torr以下が特に好ましい。さらにグラニュラー構造の絶縁性磁性膜中に磁性体の再着磁を行うと、放出電流はより安定する。
【0047】
安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制することができ、結果として素子電流If、放出電流Ieが安定する。
【0048】
以上説明した本実施形態に係る電界放出素子は、電子放出効率が約1%と、従来に比べ、大幅に向上した電子放出効率を示した。
【0049】
図5は、本発明の第2の実施形態に係る電界放出素子の一構成例を示す模式図である。この実施形態は、導電膜に磁性体をもちいた例である。図5において、基板1の表面には、一対の電極(素子電極)2,3が設けられており、この素子電極2,3間に、グラニュラー構造を有する導電性磁性膜41が形成されている。そして、この導電性磁性膜41には、間隙部5が形成されていて、この間隙部5の近傍は電子放出部6を構成する。
【0050】
基板1および素子電極2,3を構成する材料等は、第1の実施形態と同様である。
【0051】
導電性磁性膜41は、単層または多層からなり、その材料は、良好な電子放出特性、十分な耐久性、素子作製の簡便さなどを考慮して決定される。また、導電性磁性膜の膜厚は、素子電極2,3へのステップカバレージ、素子電極2,3間の抵抗値等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数Å〜数百nmの範囲とするのが好ましい。
【0052】
導電性磁性膜4を2層の積層膜により構成する場合、第1の層としてはCr、Ti、Cu、Ta、Mo、Wなどの導電性膜を、第2の層としてグラニュラー構造の導電性磁性膜を用いることが出来る。グラニュラー構造の導電性磁性膜は、Al,Cu、Ti、Nb、Ta等の金属中に微小な強磁性体粒子が分散した構造を有する。強磁性体としては、例えばCo−Fe、Cr−Fe、Fe−Ni、Fe−Mn、Fe−V、Fe−N、Fe−Nd−B、Sm−Co、Sm−Fe−Zr、Sm−Fe−Zr−Nなど、または貴金属と遷移金属との磁性合金であるMn−Pt、Co−Pt、Co−Pd、Fe−Pd、Fe−Rh、Ni−Pd、Ni−Pt、Mn−Irなどを用いることができる。
【0053】
グラニュラー構造の導電性磁性膜は、例えばスパッタ法などで形成することが出来る。例えば、スパッタターゲットとして上記金属と強磁性体を用い、これらを同時又は交互にスパッタすることにより、金属膜中に微小な強磁性体粒子が分散した導電性磁性膜を得ることが出来る。
【0054】
金属中の強磁性体粒子のサイズは、スパッタ電力、基板温度、基板バイアスなどを調整することにより変えることができる。例えば、基板1として表面に酸化珪素膜を形成した青板ガラス基板を用い、スパッタターゲットとしてCu およびPdFeを用い、RFスパッタ電力2W/cm2 、基板温度150℃、基板バイアス0.2W/cm2 で、0.5分間スパッタすることで、厚さ5nmのグラニュラー構造PdFe−Cu 磁性膜を得ることができる。
【0055】
その後、この磁性膜を1軸方向に着磁させるが、磁性膜を5nm程度に薄く設定しているため、着磁後も基板から数cm離れた距離では磁場は感知できないほど微弱である。
【0056】
導電性磁性膜41に間隙部5を形成する方法、間隙部5の間隔L2、電子放出部6の活性化処理の手順等は、第1の実施形態と同様である。
【0057】
上述の電界放出素子の製造方法としては様々な方法があるが、その一例を図6を参照して、以下に説明する。
【0058】
まず、基板1を十分に洗浄した後、真空蒸着法、もしくはスパッタ法等により素子電極材料を堆積した後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて、図6(a)に示すように、基板1上に素子電極2,3を形成する。
【0059】
次いで、素子電極2,3を設けた基板1上に、真空蒸着法もしくはスパッタ法により第1の導電膜51及びグラニュラー構造磁性膜52を堆積し、リフトオフ、エッチング等を用いてこれらをパターニングし、着磁することにより、図6(b)に示すように、導電性磁性膜41を形成する。
【0060】
次に、電子放出部を形成するための間隙の形成、活性化工程、および安定化工程を実施するが、これらの工程は、第1の実施形態と同様の手順により行うことが出来る。
【0061】
以上のように、第1の実施形態と同様に、電子放出効率が改善された電界放出素子を得ることが出来る。即ち、本実施形態に係る電界放出素子は、電子放出効率が約1%と、従来に比べ、大幅に向上した電子放出効率を示した。
【0062】
以上説明した電界放出素子を複数個配列することにより、電子源を構成することが出来る。以下、電界放出素子を複数個配列してなる電子源について、説明する。
【0063】
電界放出素子の配列については、種々の形式を採用することができる。一例として、電界放出素子をX方向及びY方向に行列状に複数個配置し、同じ行に配された複数の電界放出素子の電極の一方を、X方向の配線に共通に接続し、同じ列に配された複数の電界放出素子の電極の他方を、Y方向の配線に共通に接続する形式を挙げることが出来る。このような配置は、所謂単純マトリクス配置である。まず、単純マトリクス配置について以下に詳述する。
【0064】
本発明の電界放出素子は、前述した通り、3つの特性を有する。即ち、電界放出素子からの放出電子は、閾値電圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅とにより制御され得る。一方、閾値電圧以下では、殆ど電子は放出されない。この特性によれば、多数の電界放出素子を配置した場合においても、個々の素子にパルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、電界放出素子を選択して電子放出量を制御することができる。
【0065】
以下この原理に基づき、本発明の電界放出素子を複数個配置して得られる電子源基板について、図7を参照して説明する。図7において、電子源基板61上には、多数の電界放出素子64が、マトリスク状に配置されている。なお、参照符号62はX方向配線、63はY方向配線、65は結線をそれぞれ示す。
【0066】
m本のX方向配線62は、Dx1,Dx2,……,Dxmからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は、適宜選択することが出来る。Y方向配線63は、Dy1,Dy2,……,Dynのn本の配線よりなり、X方向配線62と同様に形成される。これらm本のX方向配線62とn本のY方向配線63との間には、層間絶縁層(図示せず)が設けられており、両者を電気的に分離している。
【0067】
層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたSiO2 等で構成することが出来る。層間絶縁層は、例えば、X方向配線62を形成した基板61の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、X方向配線62とY方向配線63の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜選択される。X方向配線62とY方向配線63は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【0068】
電界放出素子64を構成する一対の素子電極(図示せず)は、それぞれm本のX方向配線62とn本のY方向配線63に、導電性金属等からなる結線65によって電気的に接続されている。
【0069】
配線62と配線63を構成する材料、結線65を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に接続した配線は素子電極ということもできる。
【0070】
X方向配線62には、X方向に配列した電界放出素子64の行を選択するための走査信号を印加するためのX方向走査信号印加手段66が接続されている。一方、Y方向配線63には、Y方向に配列した電界放出素子64の各列を入力信号に応じて変調するための、変調信号発生手段67及びY方向走査手段68が接続されている。各電界放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【0071】
以上のように構成された単純マトリクス配線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。
【0072】
次に、このような単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像形成装置について、図8を参照して説明する。図8は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【0073】
図8において、リヤプレートを兼ねた電子源基板71上には、絶縁性磁性体膜72が形成され、この絶縁性磁性体膜72上に複数個の電界放出素子73が配置されている。電界放出素子73は絶縁性磁性体72上に形成されているので、電界及び磁場の作用により、真空中に放出された電子はアノードである蛍光膜75に有効に吸引される。
【0074】
参照符号74は、ガラス基板の内面に蛍光膜75とメタルパック76等が形成されたフェースプレートを示す。フェースプレート74は、画像を形成するために電子線に反応して光を発生する蛍光膜75及び電子線を吸引する電圧を印加する高圧端子77を備えている。参照符号78は支持枠を示し、この支持枠78には、リアプレート71、フェースプレート74がフリットガラス等を用いて接続されている。例えば、大気中あるいは窒素中で、400〜500℃の温度範囲で10分間以上焼成することで、リアプレート71およびフェースプレート74が支持枠78に封着接続され、表示パネルが構成される。
【0075】
参照符号79,80は、表面伝導型電界放出素子の一対の素子電極と接続されたX方向配線及びY方向配線をそれぞれ示す。
【0076】
フェースプレート74、支持枠78、リアプレート71等により、外囲器が構成される。なお、フェースプレート74とリアプレート71の間に、スペーサーと呼ばれる支持体81を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器を構成することもできる。
【0077】
蛍光膜75は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成することができる。カラー表示の場合は、蛍光体の配列により、ブラックストライプあるいはブラックマトリクス等と呼ばれる黒色導電体と蛍光体とから蛍光膜75を構成することができる。ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光膜75間の塗り分け部を黒くすることで、混色等を目立たなくすることと、蛍光膜75における外光反射によるコントラストの低下を抑制することにある。
【0078】
蛍光膜75の内面側には、通常メタルパック76が設けられる。メタルパック76を設ける目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート74側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として高圧端子77と接続させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージから蛍光体を保護すること等である。メタルパック76は、蛍光膜75を作製した後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理(通常、「フィルミング」と呼ばれる。)を行い、その後Alを真空蒸着等を用いて堆積させることにより作製することができる。
【0079】
上述の焼成による封着を行う際、カラー表示の場合は、各色蛍光体と電界放出素子とを対応させる必要があり、従って、高温でも位置ずれが生じないように、十分な位置合わせを行うことが望ましい。
【0080】
以上のように構成された画像表示装置によると、電子放出効率の良好な電子放出素子を用いているため、低駆動電力で、従って、それほどの発熱を生ずることなく、画像表示を行うことが可能である。
【0081】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の電界放出装置によると、電界放出素子の電子放出部近傍に、放出電子に静磁場を作用させる磁性部材を配置しているため、電子放出効率を大幅に向上させることが出来る。また、そのような電界放出装置を用いて構成した画像表示装置によると、低駆動電力での駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る電界放出素子を模式的に示す断面図。
【図2】放出電子に働く力を説明する模式図。
【図3】本発明の一実施形態に係る電界放出素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図4】電界放出素子の間隙部及び活性化の工程を説明する概略図。
【図5】本発明の他の実施形態に係る電界放出素子を模式的に示す断面図。
【図6】本発明の他の実施形態に係る電界放出素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図7】本発明に係る電子源の一例と駆動方法の概略を説明するための図。
【図8】本発明に係る画像表示装置の一例を示す概略図。
【図9】従来の電界放出素子の一例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
1…基板、2,3…電極、4…導電性膜、5…間隙部、6…電子放出部、11…絶縁性磁性膜、12…第一の導電性膜、13…有機金属、14…第二の導電性膜、41…導電性磁性膜、51…第一の導電性膜、52…導電性磁性膜、61…電子源基板、62…x方向配線、63…y方向配線、64…電界放出素子、65…結線、66…x方向走査信号印加手段、67…変調信号発生手段、68…y方向走査信号印加手段、71…電子源基板、72…絶縁性磁性膜、73…電子放出素子、74…フェースプレート、75…蛍光膜、76…メタルパック、77…高圧端子、78…支持枠、79…x方向配線、80…y方向配線、81…支持体。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides field emissionDevice and field emission deviceThe present invention relates to an image display device configured by using.
[0002]
[Prior art]
  A surface conduction type field emission device used in an image display device is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-287862. For example,FIG.These are sectional drawings which show typically the example of 1 composition of the conventional plane type field emission element.FIG.2, a pair of electrodes (element electrodes) 2 and 3 are provided on the surface of the substrate 1, and a conductive film 4 is formed between the electrodes 2 and 3. A gap portion 5 is formed in the conductive film 4, and the vicinity of the gap portion 5 constitutes an electron emission portion 6.
[0003]
Electron emission from the electron emission portion 6 is caused by a strong electric field in the gap portion caused by voltage application to the opposing device electrodes 2 and 3, and electrons are emitted from one conductive film of the electron emission portion into the vacuum due to the tunnel effect. Is done.
[0004]
However, the emitted electrons proceed along the electric field in the vicinity of the electron emission portion, and most of the electrons are absorbed by the conductive film of the positive electrode facing the electron emission portion, and are provided above the electron emission portion 6. Only some of the electrons drawn by the electric field of the anode (not shown) are effective electron emission. Therefore, the effective electron emission efficiency is as low as about 0.1%, and it has been a big problem to increase it. In addition, an electron source including a plurality of such field emission elements and an image display apparatus including the electron source also have problems such as an increase in driving power and heat generation because the electron emission efficiency of the field emission elements is low. There is a need for improvement.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention has been made under the above circumstances and is a field emission exhibiting high electron emission efficiency.Device and field emission device thereofAn image display device that can be operated with low driving power is provided.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problems, the present invention includes a pair of electrodes disposed on a substrate facing each other, a conductive film provided between the electrodes and having a gap, and formed in the vicinity of the gap. Electron emission partA field emission device comprising: a field emission device having an anode for attracting electrons emitted from the electron emission portion, the field emission device being disposed opposite to the field emission device; A magnetic film having a magnetic field direction as a direction in which the gap extends is disposed between the magnetic films, and the magnetic film generates a magnetic field that applies a force directed to the anode to electrons emitted from the gap. Field emission deviceI will provide a.
[0007]
In the field emission device of the present invention, the magnetic film can have a granular structure in which ferromagnetic particles magnetized in a nonmagnetic material are dispersed.
In this case, the magnetic film can be an insulating magnetic film formed by dispersing ferromagnetic particles magnetized in a nonmagnetic insulator, which is formed between the substrate and the electron emission portion.
[0008]
  The present invention also includes a pair of electrodes disposed on a substrate, a conductive film provided between the electrodes and having a gap, and an electron emission portion formed in the vicinity of the gap.A field emission device comprising: a field emission device having an anode for attracting electrons emitted from the electron emission portion, the field emission device being disposed to face the field emission device; A field emission device characterized in that a magnetic field is magnetized in a direction in which the portion extends and a force acting on the electrons emitted from the gap portion is directed to the anode.I will provide a.
[0009]
  Further, the present invention is characterized in that a plurality of the field emission devices described above are arranged and means for applying an input electric signal to a pair of electrodes of the field emission device.Field emission deviceI will provide a.
[0010]
In this case, a plurality of field emission devices are arranged in a matrix, one electrode of each field emission device is connected to a row wiring, and the other electrode of each field emission device is connected to a column wiring orthogonal to the row wiring. Can be connected to.
[0011]
  Furthermore, the present invention provides a method as described above.Field emission deviceAnd an image display means for displaying an image based on the emission of electrons from the electron emission portion of each field emission device by an input electric signal.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The present invention is characterized in that a magnetic member that generates a static magnetic field that causes a force directed toward the anode to act on the emitted electrons in the vicinity of the electron emitting portion is arranged.
[0013]
As shown in FIG. 2, when a static magnetic field acts on the flow of electrons, Lorentz force acts on the electrons. Therefore, in the present invention, in the gap between the conductive members, the direction of the electron flow from one to the other is perpendicular to the direction of the electron flow, and the direction perpendicular to the direction in which the force is applied to the electron, that is, the direction in which the gap extends. A magnetic field is applied. That is, a magnetic member having such a direction as the magnetic field direction is disposed.
[0014]
In this way, due to the transverse magnetic field orthogonal to the electron flow, the electrons emitted from the electron emission portion act as a force that separates from the electron emission portion, and the anode is not attracted to the conductive film facing the gap portion. The effective electron emission efficiency is increased as the ratio of being attracted by is increased.
[0015]
For example, when the distance of the gap between the electron emitting portions is 10 nm and a voltage of 10 V is applied, electrons in a transverse magnetic field of 1 Tesla (T) are accelerated by a magnetic field equivalent to about 2 V / μm in addition to the electric field in the gap. Receive. Due to this acceleration, electrons are easily attracted to the anode, the number of electrons reaching the anode is increased, and the effective electron emission efficiency is greatly improved to about 1% from the conventional level of about 0.1%. .
[0016]
In order to improve effective electron emission efficiency, electrons move in a vacuum in the vicinity of the electron emission portion, and therefore it is necessary to apply a magnetic field in the vicinity of the electron emission portion.
Since the electron emission portion has a short size of about 100 nm or less, in order to apply a magnetic field to the electron emission portion, the magnetic material is small from about 1 nm to about 100 nm and dispersed in a non-magnetic material to leak the magnetic field, It is desirable to use a so-called granular structure magnetic film that is magnetized in the uniaxial direction. That is, it is desirable to cause such a leakage magnetic field to act on the emitted electrons.
[0017]
As an example of applying a magnetic field to the electron emission portion, the conductive film can be a magnetic film having a granular structure, and the magnetic field by the magnetic film can be applied. In this case, the magnetic film can be a conductive magnetic film in which minute ferromagnetic particles are dispersed in a nonmagnetic conductor made of a metal such as Al, Cu, Ti, Ta, or Nb.
[0018]
It is also possible to dispose an electron emission portion on an insulating magnetic film having a granular structure disposed on the substrate and to apply a magnetic field by the magnetic film. The insulating magnetic film having a granular structure can have a structure in which minute ferromagnetic particles are dispersed in an insulator such as silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, or silicon nitride.
[0019]
Examples of ferromagnetic materials used include Co-Fe, Cr-Fe, Fe-Ni, Fe-Mn, Fe-V, Fe-N, Fe-Nd-B, Sm-Co, Sm-Fe-Zr, Mn-Pt, Co-Pt, Co-Pd, Fe-Pd, Fe-Rh, Ni-Pd, Ni-Pt, Mn-, which are magnetic alloys of noble metals and transition metals, such as Sm-Fe-Zr-N Ir etc. can be mentioned.
[0020]
With the field emission device of the present invention configured as described above, the electron emission efficiency can be greatly improved. An electron source in which a large number of such field emission devices are arranged, and such an electron source are provided. According to the image forming apparatus configured to be used, driving with low driving power is possible.
[0021]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a field emission device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an insulating magnetic film 11 having a granular structure is formed on the surface of a substrate 1, and a pair of electrodes (element electrodes) 2 and 3 are provided on the magnetic film 11. A conductive film 4 is formed between the electrodes 2 and 3. In the conductive film 4, a gap portion 5 extending in the vertical direction from the paper surface is formed, and the vicinity of the gap portion 5 constitutes an electron emission portion 6.
[0023]
As the substrate 1, a glass or Si substrate can be usually used. Examples of the glass include borosilicate glass and blue plate glass, and a glass substrate in which a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the glass surface is suitable.
[0024]
The insulating magnetic film having a granular structure formed on the substrate 1 is formed by dispersing ferromagnetic particles in an insulating material. Examples of ferromagnetic materials include Co—Fe, Cr—Fe, and Fe. -Ni, Fe-Mn, Fe-V, Fe-N, Fe-Nd-B, Sm-Co, Sm-Fe-Zr, Sm-Fe-Zr-N, or a magnetic alloy of noble metal and transition metal Certain Mn—Pt, Co—Pt, Co—Pd, Fe—Pd, Fe—Rh, Ni—Pd, Ni—Pt, Mn—Ir, and the like can be used.
[0025]
The insulating magnetic film having a granular structure can be formed by, for example, sputtering. For example, an insulating magnetic film in which minute ferromagnetic particles are dispersed in a silicon oxide film can be obtained by using silicon oxide and a ferromagnetic material as a sputtering target and sputtering them simultaneously or alternately.
The film thickness of the insulating magnetic film is usually 1-1000 nm, preferably 10-100 nm. If the film thickness of the magnetic film is too thin, the magnetic field is insufficient to perform a desired action on the flow of electrons, and if it is too thick, the effect is not so much obtained. The size of the ferromagnetic particles is usually preferably 1/8 to 1/2 of the thickness of the magnetic film.
[0026]
The size of the ferromagnetic particles in the silicon oxide can be changed by adjusting the sputtering power, the substrate temperature, the substrate bias, and the like. For example, a soda-lime glass substrate with a silicon oxide film formed on the surface is used as the substrate 1 and SiO 2 is used as the sputtering target.2, And CoPt, RF sputtering power 2 W / cm2, Substrate temperature 150 ° C., substrate bias 0.2 W / cm2Then, by sputtering for 2 minutes, CoPt particles having a particle size of 10 nm are converted into SiO.220 nm thick granular structure CoPt-SiO dispersed in the film2A magnetic film can be obtained.
[0027]
Thereafter, the insulating magnetic film is magnetized in the uniaxial direction. The magnetic flux density is, for example, about 1 Tesla. However, since the magnetic film is set as thin as about 20 nm, the magnetic field is so weak that it cannot be detected at a distance of several centimeters from the substrate even after magnetization. This magnetic film may be a multilayer film having a two-layer structure as necessary in consideration of adhesion, reliability, and the like.
[0028]
As a material constituting the element electrodes 2 and 3 arranged opposite to each other on the insulating magnetic film 11, a general conductive material can be used. For example, metals or alloys such as Cr, Cu, Ir, Mo, Pd, Pt, Ti, Ta, W, Zr, and PdO, SnO2, RuO2Etc. can be selected as appropriate.
[0029]
The distance L1 between the device electrodes 2 and 3 is normally set in the range of several hundred nm to several tens of μm in consideration of the voltage applied between the device electrodes 2 and 3. The length W of the device electrodes 2 and 3 (dimension in the direction perpendicular to the paper surface: not shown) is set in the range of several μm to several hundred μm in consideration of the resistance value of the electrodes and the electron emission characteristics. The The film thickness d of the device electrodes 2 and 3 is usually set in the range of several tens of nm to several μm.
[0030]
The conductive film 4 formed between the device electrodes 2 and 3 is formed by a droplet method, a vacuum deposition method, a printing method, or the like, and the film thickness is usually in a range of several tens to several hundreds of nm. A film is formed.
[0031]
The conductive film 4 may be a single layer or may have a multilayer structure such as a two-layer laminated structure made of two kinds of materials in consideration of reliability and the like. These materials are determined in consideration of good electron emission characteristics, sufficient durability, ease of device fabrication, and the like. Further, the film thickness of the conductive film 4 is appropriately set in consideration of the step coverage to the device electrodes 2 and 3, the resistance value between the device electrodes 2 and 3, and the like. It is preferable to be in the range.
[0032]
Specific materials for forming the conductive film 4 include, for example, PdO and SnO.2, In2OThree-Sb2OThreeAnd the like, metals such as Pd, Pt, Cr, Ti, Cu, Ta, and W, semiconductors such as Si, carbon, and the like can be used, and they can be used in appropriate combinations. The conductive film 4 and the device electrodes 2 and 3 can be made of the same material.
[0033]
The gap 5 formed in the conductive film 4 is formed by a microfabrication technique such as forming by energization or a focused ion beam technique. It is desirable to process the gap L2 of the gap 5 so as to be 100 nm or less. When the distance L2 between the gaps 5 exceeds 100 nm, it is difficult to obtain highly efficient and uniform electron emission characteristics.
[0034]
In order to increase electron emission, the electron emission part 6 is normally subjected to an activation process described later. In addition, conductive fine particles having a particle diameter in the range of several tens to several tens of nanometers may be present inside the electron emission portion 6. The conductive fine particles contain part or all of the elements of the material constituting the conductive film 4.
[0035]
There are various methods for manufacturing a field emission device having the above-described configuration. One example will be described below with reference to FIG.
[0036]
First, after sufficiently cleaning the substrate 1, as shown in FIG. 3A, an insulating magnetic material 11 is deposited by sputtering or the like. The insulating magnetic body 11 is patterned using, for example, a photolithography technique depending on the application.
[0037]
Next, after depositing an element electrode material by a vacuum evaporation method or a sputtering method, the substrate is patterned using, for example, a photolithography technique, and a substrate on which an insulating magnetic body 11 is formed as shown in FIG. Element electrodes 2 and 3 are formed on 1.
[0038]
Next, a first metal, such as Cr, is applied to the substrate 1 provided with the insulating magnetic body 11 and the element electrodes 2 and 3 by a vacuum deposition method or the like so as to improve the adhesion and prevent the droplet from spreading. And deposited to a thickness of 0.5 nm. Then, the first conductive film 12 is formed by patterning the metal film by lift-off or etching, as shown in FIG.
[0039]
Thereafter, as shown in FIG. 3 (d), an organic palladium liquid 13 is deposited on the first conductive film 12 by a droplet method, dried and baked, and from PdO as shown in FIG. 3 (e). A second conductive film 14 is formed.
[0040]
Subsequently, by repeating the application of a pulse voltage between the device electrodes 2 and 3 according to the procedure shown below, as shown in FIG. 3F, a gap portion 5 for forming an electron emission portion is formed.
[0041]
Thereafter, a process called an activation process is performed. The activation step is a step of forming an electron emission portion in the gap portion 5 formed in the conductive films 12 and 14 and at least a part of the vicinity thereof in the following procedure.
[0042]
For example, as shown in FIG. 4, the activation step can be performed by arranging an anode above and repeating the application of a pulse between the device electrodes 2 and 3 under vacuum. That is, a pulse is applied between the device electrodes 2 and 3 by a predetermined program, and the device current If and the emission current Ie are remarkably increased to form an electron emission portion. The formation of the gap can be carried out basically in the same manner under an inert atmosphere or vacuum.
[0043]
The end of the activation process can be determined by measuring the device current If and the emission current Ie. The pulse width, pulse interval, pulse peak value, etc. are set as appropriate.
[0044]
The field emission device obtained through the above steps is preferably subjected to a stabilization step. This step is a step of exhausting the organic substance in the vacuum vessel. As the vacuum exhaust device for exhausting the vacuum vessel, it is preferable to use a device that does not use oil so that the oil generated from the device does not affect the characteristics of the element. Specifically, vacuum exhaust apparatuses such as a sorption pump and an ion pump can be used.
[0045]
In the above-described activation process, when an oil diffusion pump or a rotary pump is used as an exhaust device and an organic gas derived from an oil component to be generated is used, it is necessary to keep the partial pressure of this component as low as possible. The partial pressure of the organic component in the vacuum vessel is 1 × 10 with a partial pressure at which the carbon or the carbon compound is hardly newly deposited.-8Torr or less is preferable, and more preferably 1 × 10-TenTorr or less is particularly preferable.
[0046]
Furthermore, when evacuating the inside of the vacuum vessel, it is preferable to heat the entire vacuum vessel so that the organic substance molecules adsorbed on the inner wall of the vacuum vessel and the field emission element can be easily evacuated. The heating condition at this time is 80 to 250 ° C., preferably 150 to 250 ° C., and it is desirable to perform the treatment for as long as possible. However, the heating condition is not particularly limited to this, and the size and shape of the vacuum vessel, This is performed under conditions appropriately selected according to various conditions such as the configuration. The pressure in the vacuum vessel is preferably as low as possible.-7Torr or less is preferable, and more preferably 1 × 10-8Torr or less is particularly preferable. Further, when the magnetic material is re-magnetized in the insulating magnetic film having a granular structure, the emission current becomes more stable.
[0047]
The atmosphere at the time of driving after the stabilization process is preferably maintained at the end of the stabilization process, but is not limited to this, and the pressure itself is sufficient if the organic substance is sufficiently removed. Can maintain sufficiently stable characteristics even if it rises somewhat. By adopting such a vacuum atmosphere, the deposition of new carbon or carbon compound can be suppressed, and as a result, the device current If and the emission current Ie are stabilized.
[0048]
The field emission device according to the present embodiment described above has an electron emission efficiency of about 1%, which is a significantly improved electron emission efficiency as compared with the prior art.
[0049]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of a field emission device according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a magnetic material is used for the conductive film. In FIG. 5, a pair of electrodes (element electrodes) 2 and 3 are provided on the surface of the substrate 1, and a conductive magnetic film 41 having a granular structure is formed between the element electrodes 2 and 3. . A gap 5 is formed in the conductive magnetic film 41, and the vicinity of the gap 5 constitutes an electron emission portion 6.
[0050]
The materials constituting the substrate 1 and the device electrodes 2 and 3 are the same as those in the first embodiment.
[0051]
The conductive magnetic film 41 is composed of a single layer or multiple layers, and its material is determined in consideration of good electron emission characteristics, sufficient durability, ease of device fabrication, and the like. The film thickness of the conductive magnetic film is appropriately set in consideration of the step coverage to the device electrodes 2 and 3, the resistance value between the device electrodes 2 and 3, etc., but usually several to several hundred nm It is preferable to be in the range.
[0052]
When the conductive magnetic film 4 is composed of two laminated films, the first layer is a conductive film such as Cr, Ti, Cu, Ta, Mo, W, etc., and the second layer is a granular structure. A magnetic film can be used. The conductive magnetic film having a granular structure has a structure in which minute ferromagnetic particles are dispersed in a metal such as Al, Cu, Ti, Nb, and Ta. Examples of the ferromagnetic material include Co-Fe, Cr-Fe, Fe-Ni, Fe-Mn, Fe-V, Fe-N, Fe-Nd-B, Sm-Co, Sm-Fe-Zr, and Sm-Fe. -Mr-Pt, Co-Pt, Co-Pd, Fe-Pd, Fe-Rh, Ni-Pd, Ni-Pt, Mn-Ir, etc., which are magnetic alloys of noble metals and transition metals, etc. Can be used.
[0053]
The conductive magnetic film having a granular structure can be formed by, for example, sputtering. For example, a conductive magnetic film in which minute ferromagnetic particles are dispersed in a metal film can be obtained by using the metal and the ferromagnetic material as a sputtering target and sputtering them simultaneously or alternately.
[0054]
The size of the ferromagnetic particles in the metal can be changed by adjusting the sputtering power, the substrate temperature, the substrate bias, and the like. For example, a soda-lime glass substrate with a silicon oxide film formed on the surface is used as the substrate 1, and a Cu target is used as the sputtering target And PdFe, RF sputtering power of 2 W / cm2, Substrate temperature 150 ° C., substrate bias 0.2 W / cm2Then, by sputtering for 0.5 minutes, the granular structure PdFe-Cu with a thickness of 5 nm is obtained. A magnetic film can be obtained.
[0055]
Thereafter, the magnetic film is magnetized in the uniaxial direction. Since the magnetic film is set as thin as about 5 nm, the magnetic field is so weak that it cannot be detected at a distance of several centimeters from the substrate even after magnetization.
[0056]
The method for forming the gap portion 5 in the conductive magnetic film 41, the interval L2 of the gap portion 5, the activation processing procedure for the electron emission portion 6, and the like are the same as in the first embodiment.
[0057]
There are various methods for manufacturing the above-described field emission device, and an example thereof will be described below with reference to FIG.
[0058]
First, after the substrate 1 is sufficiently cleaned, an element electrode material is deposited by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like, and then is formed on the substrate 1 by using, for example, a photolithography technique as shown in FIG. Element electrodes 2 and 3 are formed.
[0059]
Next, the first conductive film 51 and the granular structure magnetic film 52 are deposited on the substrate 1 provided with the device electrodes 2 and 3 by vacuum deposition or sputtering, and these are patterned using lift-off, etching, or the like, By magnetizing, a conductive magnetic film 41 is formed as shown in FIG.
[0060]
Next, the formation of the gap for forming the electron emission portion, the activation process, and the stabilization process are performed. These processes can be performed by the same procedure as in the first embodiment.
[0061]
As described above, a field emission device with improved electron emission efficiency can be obtained as in the first embodiment. That is, the field emission device according to this embodiment has an electron emission efficiency of about 1%, which is a significantly improved electron emission efficiency as compared with the related art.
[0062]
An electron source can be configured by arranging a plurality of the field emission devices described above. Hereinafter, an electron source in which a plurality of field emission devices are arranged will be described.
[0063]
Various formats can be adopted for the arrangement of the field emission elements. As an example, a plurality of field emission devices are arranged in a matrix in the X direction and the Y direction, and one of the electrodes of the plurality of field emission devices arranged in the same row is commonly connected to the X direction wiring, and the same column The other of the electrodes of the plurality of field emission elements arranged in the can be connected in common to the wiring in the Y direction. Such an arrangement is a so-called simple matrix arrangement. First, the simple matrix arrangement will be described in detail below.
[0064]
The field emission device of the present invention has three characteristics as described above. That is, the emitted electrons from the field emission device can be controlled by the peak value and width of the pulse voltage applied between the device electrodes facing each other above the threshold voltage. On the other hand, almost no electrons are emitted below the threshold voltage. According to this characteristic, even when a large number of field emission elements are arranged, if a pulse voltage is appropriately applied to each element, the field emission element is selected and the amount of electron emission is controlled according to the input signal. be able to.
[0065]
Based on this principle, an electron source substrate obtained by arranging a plurality of field emission devices of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 7, on the electron source substrate 61, a number of field emission elements 64 are arranged in a matrix pattern. Reference numeral 62 denotes an X direction wiring, 63 denotes a Y direction wiring, and 65 denotes a connection.
[0066]
The m X-direction wirings 62 are made of Dx1, Dx2,..., Dxm, and can be made of a conductive metal or the like formed using a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. The material, film thickness, and width of the wiring can be selected as appropriate. The Y-direction wiring 63 includes n wirings Dy1, Dy2,..., Dyn, and is formed in the same manner as the X-direction wiring 62. An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-direction wirings 62 and the n Y-direction wirings 63, and both are electrically separated.
[0067]
The interlayer insulating layer is made of SiO formed by vacuum deposition, printing, sputtering, etc.2Etc. can be configured. For example, the interlayer insulating layer is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the substrate 61 on which the X-direction wiring 62 is formed, and in particular, can withstand the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 62 and the Y-direction wiring 63. In addition, the film thickness, material, and manufacturing method are appropriately selected. The X direction wiring 62 and the Y direction wiring 63 are drawn out as external terminals, respectively.
[0068]
A pair of device electrodes (not shown) constituting the field emission device 64 are electrically connected to the m X-direction wirings 62 and the n Y-direction wirings 63, respectively, by a connection 65 made of a conductive metal or the like. ing.
[0069]
The material constituting the wiring 62 and the wiring 63, the material constituting the connection 65, and the material constituting the pair of element electrodes may be the same or partially different from each other in the constituent elements. These materials are appropriately selected from, for example, the above-described element electrode materials. When the material constituting the element electrode and the wiring material are the same, the wiring connected to the element electrode can also be called an element electrode.
[0070]
Connected to the X direction wiring 62 is an X direction scanning signal applying means 66 for applying a scanning signal for selecting a row of the field emission elements 64 arranged in the X direction. On the other hand, the Y-direction wiring 63 is connected to a modulation signal generating means 67 and a Y-direction scanning means 68 for modulating each column of the field emission elements 64 arranged in the Y direction according to an input signal. The driving voltage applied to each field emission device is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the device.
[0071]
Using the simple matrix wiring configured as described above, individual elements can be selected and driven independently.
[0072]
Next, an image forming apparatus configured using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus.
[0073]
In FIG. 8, an insulating magnetic film 72 is formed on an electron source substrate 71 that also serves as a rear plate, and a plurality of field emission elements 73 are arranged on the insulating magnetic film 72. Since the field emission element 73 is formed on the insulating magnetic body 72, the electrons emitted into the vacuum are effectively attracted to the fluorescent film 75 as the anode by the action of the electric field and the magnetic field.
[0074]
Reference numeral 74 denotes a face plate in which a fluorescent film 75, a metal pack 76, and the like are formed on the inner surface of a glass substrate. The face plate 74 includes a fluorescent film 75 that generates light in response to an electron beam to form an image, and a high-voltage terminal 77 that applies a voltage for attracting the electron beam. Reference numeral 78 indicates a support frame, and a rear plate 71 and a face plate 74 are connected to the support frame 78 using frit glass or the like. For example, the rear plate 71 and the face plate 74 are sealed and connected to the support frame 78 by baking for 10 minutes or more in the temperature range of 400 to 500 ° C. in the air or nitrogen, and the display panel is configured.
[0075]
Reference numerals 79 and 80 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the surface conduction type field emission device, respectively.
[0076]
The face plate 74, the support frame 78, the rear plate 71, and the like constitute an envelope. It is to be noted that an envelope having sufficient strength against atmospheric pressure can be configured by installing a support body 81 called a spacer between the face plate 74 and the rear plate 71.
[0077]
In the case of monochrome, the fluorescent film 75 can be composed of only a phosphor. In the case of color display, the phosphor film 75 can be composed of a black conductor called a black stripe or a black matrix and a phosphor depending on the arrangement of the phosphors. The purpose of providing a black stripe and a black matrix is to make the mixed colors and the like inconspicuous by making the coating portion between the fluorescent films 75 of the three primary color phosphors necessary in the case of color display black. The purpose is to suppress a decrease in contrast due to external light reflection.
[0078]
A metal pack 76 is usually provided on the inner surface side of the fluorescent film 75. The purpose of providing the metal pack 76 is to improve the luminance by specularly reflecting the light emitted from the phosphor toward the inner surface to the face plate 74 side, and the high voltage terminal 77 as an electrode for applying an electron beam acceleration voltage. And protecting the phosphor from damage caused by collision of negative ions generated in the envelope. In the metal pack 76, after the phosphor film 75 is produced, the inner surface of the phosphor film is smoothed (usually called “filming”), and then Al is deposited by vacuum evaporation or the like. Can be produced.
[0079]
When performing the sealing by firing described above, in the case of color display, it is necessary to correspond each color phosphor to the field emission device, and therefore, sufficient alignment is performed so as not to cause displacement even at high temperatures. Is desirable.
[0080]
According to the image display device configured as described above, since an electron-emitting device having good electron emission efficiency is used, it is possible to display an image with low driving power and without generating much heat. It is.
[0081]
【The invention's effect】
  As described in detail above, the field emission of the present inventionAccording to the device, field emission elementsSince a magnetic member that applies a static magnetic field to the emitted electrons is disposed in the vicinity of the electron emitting portion, the electron emission efficiency can be greatly improved. Also such field emissionWith equipmentAccording to the constructed image display device, driving with low driving power is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a field emission device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a force acting on emitted electrons.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a field emission device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a gap portion of a field emission device and an activation process.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a field emission device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a field emission device according to another embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of an electron source and an outline of a driving method according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an image display device according to the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of a conventional field emission device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2, 3 ... Electrode, 4 ... Conductive film, 5 ... Gap part, 6 ... Electron emission part, 11 ... Insulating magnetic film, 12 ... First conductive film, 13 ... Organometallic, 14 ... Second conductive film, 41 ... conductive magnetic film, 51 ... first conductive film, 52 ... conductive magnetic film, 61 ... electron source substrate, 62 ... x-direction wiring, 63 ... y-direction wiring, 64 ... Field emission element, 65 ... connection, 66 ... x-direction scanning signal applying means, 67 ... modulation signal generating means, 68 ... y-direction scanning signal applying means, 71 ... electron source substrate, 72 ... insulating magnetic film, 73 ... electron emission Element 74 74 Face plate 75 Phosphor film 76 Metal pack 77 High voltage terminal 78 Support frame 79 X-direction wiring 80 Y-direction wiring 81 Support

Claims (7)

基板上に対向して配置された一対の電極と、前記電極間に設けられ、間隙部を有する導電性膜と、前記間隙部の近傍に形成された電子放出部を有する電界放出素子、及び
前記電界放出素子の上方に対向して配置され、前記電子放出部から放出された電子を吸引するアノード
を具備する電界放出装置であって、
前記基板と導電性膜との間に、前記間隙部が延びる方向を磁場方向とする磁性膜を配置し、前記磁性膜は、前記間隙部から放出される電子に前記アノードに向ける力を作用する磁場を生ずることを特徴とする電界放出装置。
A pair of electrodes arranged opposite to each other on the substrate, a conductive film provided between the electrodes and having a gap portion, a field emission device having an electron emission portion formed in the vicinity of the gap portion , and
An anode that is disposed to face the field emission device and that attracts electrons emitted from the electron emission portion.
A field emission device comprising:
A magnetic film having a magnetic field direction as a direction in which the gap extends extends between the substrate and the conductive film, and the magnetic film acts on electrons emitted from the gap toward the anode. A field emission device characterized by generating a magnetic field.
前記磁性膜は、前記基板と前記電子放出部との間に形成され、非磁性絶縁体中に着磁された強磁性体粒子が分散されていることを特徴とする請求項1に記載の電界放出装置2. The electric field according to claim 1, wherein the magnetic film is formed between the substrate and the electron-emitting portion, and ferromagnetic particles magnetized in a nonmagnetic insulator are dispersed. Ejection device . 基板上に対向して配置された一対の電極と、前記電極間に設けられ、間隙部を有する導電性膜と、前記間隙部の近傍に形成された電子放出部を有する電界放出素子、及び
前記電界放出素子の上方に対向して配置され、前記電子放出部から放出された電子を吸引するアノード
を具備する電界放出装置であって、
前記導電性膜が、前記間隙部が延びる方向に着磁されており、前記間隙部から放出される電子に前記アノードに向ける力を作用する磁場を生ずることを特徴とする電界放出装置。
A pair of electrodes arranged opposite to each other on the substrate, a conductive film provided between the electrodes and having a gap portion, a field emission device having an electron emission portion formed in the vicinity of the gap portion , and
An anode that is disposed to face the field emission device and that attracts electrons emitted from the electron emission portion.
A field emission device comprising:
The field emission device according to claim 1, wherein the conductive film is magnetized in a direction in which the gap portion extends, and generates a magnetic field that applies a force directed to the anode to electrons emitted from the gap portion.
前記磁性膜は、非磁性体中に着磁された強磁性体粒子が分散されてなるグラニュラー構造を有することを特徴とする請求項1に記載の電界放出装置2. The field emission device according to claim 1, wherein the magnetic film has a granular structure in which ferromagnetic particles magnetized in a nonmagnetic material are dispersed. 前記電界放出素子が複数個配置されており、前記電界放出素子の一対の電極に入力電気信号を加える手段を具備することを特徴とする請求項1又は3に記載の電界放出装置The field emission device are plural arranged, field emission device according to claim 1 or 3, characterized in that it comprises means for applying an input electrical signal to the pair of electrodes of the field emission device. 前記複数個の電界放出素子がマトリクス状に配置されており、個々の電界放出素子の一方の電極を行配線に接続し、個々の電界放出素子の他方の電極を前記行配線と直交する列配線に接続したことを特徴とする請求項5に記載の電界放出装置The plurality of field emission devices are arranged in a matrix, one electrode of each field emission device is connected to a row wiring, and the other electrode of each field emission device is connected to a column wiring orthogonal to the row wiring. The field emission device according to claim 5, wherein the field emission device is connected . 請求項5または6に記載の電界放出装置と、前記入力電気信号によって個々の電界放出素子の電子放出部からの電子の放出に基づいて画像を表示する画像表示手段とを具備することを特徴とする画像表示装置。The field emission device according to claim 5, and image display means for displaying an image based on the emission of electrons from the electron emission portion of each field emission device by the input electric signal. An image display device.
JP2001076845A 2001-03-16 2001-03-16 Field emission device and image display device Expired - Fee Related JP3737708B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001076845A JP3737708B2 (en) 2001-03-16 2001-03-16 Field emission device and image display device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001076845A JP3737708B2 (en) 2001-03-16 2001-03-16 Field emission device and image display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002279888A JP2002279888A (en) 2002-09-27
JP3737708B2 true JP3737708B2 (en) 2006-01-25

Family

ID=18933708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001076845A Expired - Fee Related JP3737708B2 (en) 2001-03-16 2001-03-16 Field emission device and image display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3737708B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100809397B1 (en) * 2005-08-26 2008-03-05 한국전자통신연구원 Electron emission device using abruptly metal-insulator transition and display including the same
CN114373952B (en) * 2021-12-20 2024-11-08 无锡芒格罗商贸有限公司 Preparation method and application of surface reconstructed PdFe/Cu nano-electrocatalyst for fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002279888A (en) 2002-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3423511B2 (en) Image forming apparatus and getter material activation method
KR100367243B1 (en) Method for manufacturing electron emission element, electron source, and image forming apparatus
US7500897B2 (en) Method of manufacturing image display device by stacking an evaporating getter and a non-evaporating getter on an image display member
EP1596411A2 (en) Image display apparatus and method for manufacturing the same
JP4886184B2 (en) Image display device
US7298079B2 (en) Electron source and an image display device including the electron source
JP2003173731A (en) Electron emitting device, electron source substrate, display device, and method of manufacturing electron emitting device
US20090284120A1 (en) Electron emitter and image display apparatus
US6902455B2 (en) Method of manufacturing member pattern, electron source, and image display device
JP3737708B2 (en) Field emission device and image display device
JP4393257B2 (en) Envelope manufacturing method and image forming apparatus
US6787984B2 (en) Wiring substrate, manufacturing method therefor, and image display device
US7755267B2 (en) Electron emitting device having electroconductive thin film and high resistivity sheet
JP2000208033A (en) Non-evaporable getter, method of manufacturing the same, and image forming apparatus
EP1032011B1 (en) Electron source, image forming apparatus, and manufacture method for electron source
JP2004087399A (en) Envelope and method of manufacturing the same
JP3740296B2 (en) Image forming apparatus
JP4058187B2 (en) Electron source substrate, image display device, and electron source substrate manufacturing method
JPH0765708A (en) Method for manufacturing electron-emitting device and image forming apparatus
US6837768B2 (en) Method of fabricating electron source substrate and image forming apparatus
JP3285736B2 (en) Image forming device
JP3938185B2 (en) Image display device and manufacturing method thereof
JP2004055347A (en) Electron-emitting device, electron-emitting device, display device, and method of manufacturing electron-emitting device
JP2000285792A (en) Electron emitting element and image forming apparatus using the same
JPH07192612A (en) Method for manufacturing electron-emitting device and image forming apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040120

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040322

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040727

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040927

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20051025

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051027

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees