JP2002050277A - Electron emission element, electron emission source, and image display device using them - Google Patents

Electron emission element, electron emission source, and image display device using them

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JP2002050277A
JP2002050277A JP2001204019A JP2001204019A JP2002050277A JP 2002050277 A JP2002050277 A JP 2002050277A JP 2001204019 A JP2001204019 A JP 2001204019A JP 2001204019 A JP2001204019 A JP 2001204019A JP 2002050277 A JP2002050277 A JP 2002050277A
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particles
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emitting device
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Hideo Kurokawa
英雄 黒川
Tetsuya Shiratori
哲也 白鳥
Masahiro Deguchi
正洋 出口
Makoto Kitahata
真 北畠
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emission element which can be manufactured at a low cost, can efficiently emit electrons, and has high stability, by using a particle or a coagulation body of the particles containing carbon material of a six-carbocyclic structure as an electron emission part. SOLUTION: The electron emission element has at least a first electrode and an electron emission part located on the first electrode. The electron emission part has the particle or the coagulation body of the particles. The particle contains carbon material having the six-carbocycle structure. For example, the carbon material having the six-cabocycle structure contains graphite or carbon nano-tubes as a major component.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出する電
子放出素子及びその製造方法に関し、特に、六炭素環構
造を有するカーボン材料を含む粒子或いはその凝集体を
使用して形成される電子放出素子に関する。更に、本発
明は、上記のような電子放出素子を複数個用いて構成さ
れる電子放出源、及びそのような電子放出源を利用して
構成される画像表示装置に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、高精細な薄型ディスプレィ用の電
子銃に代わる電子源や、高速動作が可能な微小真空デバ
イスの電子源(エミッタ部)として、ミクロンサイズの
微小電子放出素子の開発が盛んである。 【0003】従来、電子放出素子としては、高温に加熱
されたタングステン等の材料に高電圧を印加して電子を
放出させる「熱放出型」のものが用いられていたが、近
年では、高温に加熱する必要が無く、低電圧でも電子を
放出することが可能である「冷陰極型」の電子放出素子
が、盛んに研究開発されている。このような冷陰極型の
電子放出素子には様々なタイプがあるが、一般的には、
電界放出形(FE型)、トンネル注入型(MIM型或い
はMIS型)、或いは表面伝導型(SCE型)などが報
告されている。 【0004】FE型の電子放出素子では、ゲート電極に
電圧をかけて電子放出部に電界を印加することにより、
シリコン(Si)やモリブデン(Mo)で作製されたコ
ーン状の突起部から電子を放出させる。MIM型或いは
MIS型の電子放出素子では、金属、絶縁体層、半導体
層等を含む積層構造を形成し、金属層の側より電子をト
ンネル効果を利用して絶縁体層に注入・通過させて、電
子放出部より外部に取り出す。また、SCE型の電子放
出素子では、基板上に形成された薄膜の面内方向に電流
を流して、予め形成された電子放出部(一般的には、薄
膜の通電領域中に存在する微細な亀裂部分)から、電子
を放出させる。 【0005】これらの冷陰極型電子放出素子の素子構造
は、何れも、微細加工技術を用いることによって構成の
小型化及び集積化を図ることができるという特徴を有し
ている。 【0006】ここで、冷陰極型電子放出素子として要求
される特性は、低電圧・低消費電力駆動で高電流が安定
に得られることであるが、同時に、安価に製造し得る構
成であることも必要である。 【0007】このような冷陰極型電子放出素子として、
例えば特開平7−282715号公報に開示されている
構成は、模式的に図1に示される。図1に示されている
従来技術による構成は、特定の処理を行うことにより電
子親和力が負となり得るダイヤモンドを電子放出源とし
て利用しようとするものであり、その構成として、ダイ
ヤモンド膜ではなくダイヤモンド粒子を用いることによ
り、製造上での簡素化、更には低コスト化を実現しよう
としている。 【0008】具体的な構成を説明すると、図1におい
て、基板111の上に電極となる導電層112が形成さ
れ、さらにその上に、ダイヤモンド粒子113からなる
電子放出部114が形成されている。ダイヤモンド粒子
113は、所定の処理により、電子親和力が負になって
いる。このダイヤモンド粒子113に対向するように電
子引き出し電極(図示せず)が設けられ、この電子引き
出し電極に電位を与えることにより、ダイヤモンド粒子
113からなる電子放出部114から電子を取り出す。 【0009】ここで、ダイヤモンド粒子113は、その
表面の電子親和力が負になっているので、導電層112
からダイヤモンド粒子113に入った電子は、容易にダ
イヤモンド粒子113から放出されることが期待され
る。これによって、図1の構成では、理論上は、対向す
る電子引き出し電極(図示せず)に高電圧を印加しなく
とも、電子の取り出しが可能になることが期待される。 【0010】また、図1の構成は、ダイヤモンド粒子1
13を用いて電子放出部114を構成していることか
ら、容易に且つ低コストで形成され得る。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】一般的に、電子放出素
子に含まれる電子放出部の構成材料は、(1)比較的に
小さな電界で電子を放出し易い(すなわち、効率的な電
子放出が可能である)、(2)得られる電流の安定性が
良い、(3)電子放出特性の経時変化が小さい、などの
特性を有することが要求される。しかし、これまでに報
告されている前述のような従来技術による電子放出素子
は、その動作特性の電子放出部の形状に対する依存性や
経時変化が大きいという課題を有している。 【0012】また、従来技術によれば、再現性良く電子
放出素子を作製することが困難であり、その動作特性の
制御が非常に困難である。 【0013】前述の図1に示す従来技術の構成では、電
子放出部114から電子を取り出そうとすると、実際に
は以下に挙げるような問題が発生する場合がある。 【0014】第1に、理論とは異なり、電子放出部11
4を構成するダイヤモンド粒子113の電子親和力が負
であるにもかかわらず、実際には、対向する電子引き出
し電極(図示せず)には、従来と同様の高電圧を印加す
る必要がある。これは、導電層112とダイヤモンド粒
子113との界面に存在する電子障壁に起因する。導電
層112とダイヤモンド粒子113とがオーミック接合
を形成すれば、このような問題は発生しないが、一般に
は、ダイヤモンドとオーミック接合を得ることは、材料
的に困難である。その結果、導電層112とダイヤモン
ド粒子113との間にはショットキー接合が形成され
て、導電層112からダイヤモンド粒子113に電子を
注入するためには、両者の界面に存在する電子障壁を、
電子が越えなければならない。このため、電子放出部1
14を構成するダイヤモンド粒子113から外部に電子
を引き出すためには、従来と同様に、対向する電子引き
出し電極への高電圧の印加が必要となる。 【0015】更に、図1の構成では、個々のダイヤモン
ド粒子113が電子放出源として機能するため、均一且
つ安定な電子放出を実現するためには、ダイヤモンド粒
子113の塗布状態の均一性及び安定性を得ることが必
要である。しかし、実際には、その実現が困難である。
特に、付着状態の安定性は、ダイヤモンド粒子113の
サイズに大きく影響される。例えば、粒子サイズがミク
ロンオーダになってくると、ダイヤモンド粒子113の
欠落などが発生して、安定的な電子放出の実現が困難に
なる。 【0016】以上のように、図1に示す従来の構成で
は、導電層112からダイヤモンド粒子113に電子を
効率的に注入することが困難であること、及びダイヤモ
ンド粒子113を均一且つ安定に塗布及び固着させるこ
とが困難であること、などの理由により、十分に満足し
得る動作特性を有する電子放出素子を得ることが困難で
ある。以上のようなことから、従来技術における電子放
出素子の構成、またはそれに含まれる電子放出部の構造
や材料は、要求される特性を十分に満たすものであると
は言えない。 【0017】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、(1)低電圧駆動で
高電流を安定に得ることが可能な電子放出素子及びその
製造方法を提供すること、(2)六炭素環構造を有する
カーボン材料を含む粒子或いは粒子の凝集体を電子放出
部として用いることで、低コストで製造可能であり、且
つ効率的に電子を放出できる安定性の高い電子放出素子
を提供すること、(3)特に、電子放出部材として六炭
素環構造を有するカーボン材料を含む粒子を用いること
で、より効率的に電子を放出できる電子放出素子を提供
すること、(4)上記のような電子放出素子を複数個配
置することにより、高効率な電子放出源を提供するこ
と、(5)上記のような電子放出源と画像形成部材とを
用いて、明るく安定な画像を表示する画像表示装置を提
供すること、(6)電子放出部として用いられる六炭素
環構造を有するカーボン材料を含む粒子に対する重要な
作製プロセスを、容易に且つ合理的に実施できる電子放
出素子の製造方法を提供すること、及び(7)六炭素環
構造を有するカーボン材料を含む粒子を電極に対して均
一に固着させる工程を実施することにより、安定して動
作する電子放出部を有する電子放出素子を、大面積に渡
って容易に且つ再現性良く作成できる電子放出素子の製
造方法を提供すること、である。 【0018】 【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、第1の電極と、前記第1の電極上に配置された電子
放出部とを備えた電子放出素子であって、前記電子放出
部が、粒子もしくはその凝集体から構成され、前記粒子
が、六炭素環構造を有する、グラファイトを主成分とす
るカーボン材料を含んでおり、前記電子放出部は、前記
グラファイトの積層面に対する法線が前記第1の電極の
表面にほぼ平行になるような状態で前記記第1の電極の
上に配置されていることを特徴とする。 【0019】また、本発明の電子放出素子は、第1の電
極と、前記第1の電極上に配置された電子放出部とを備
えた電子放出素子であって、前記電子放出部が、粒子も
しくはその凝集体から構成され、前記粒子が、2次元的
に拡がった六炭素環構造が層状に重なった構造を有す
、高配向性グラファイトを主成分とするカーボン材料
を含んでいることを特徴とする。 【0020】好ましくは、前記電子放出部が、粒子もし
くはその凝集体から構成され、前記粒子が、σ結合の切
断部を有する六炭素環構造のカーボン材料を含んでい
る。 【0021】好ましくは、前記六炭素環構造におけるσ
結合の切断部が電子放出方向に向いた状態で第1の電極
の上に配置されている。 【0022】好ましくは、前記粒子もしくはその凝集体
から構成された電子放出部が、固着材によって前記第1
の電極に固着されていることを特徴とする請求項2から
のいずれかに記載の電子放出素子。 【0023】好ましくは、前記固着材は、前記第1の電
極の表面における前記電子放出部の固着箇所のみに存在
し、前記第1の電極の表面のその他の部分には存在しな
い。 【0024】好ましくは、前記固着材がビークルであ
る。 【0025】好ましくは、前記電子放出部の近傍に設置
された第2の電極を更に備える。 【0026】好ましくは、前記第1の電極が、炭素化合
物を生成可能な元素を含む。 【0027】好ましくは、前記第1の電極が、少なくと
も半導体層を1層以上含む多層構造を有する。 【0028】本発明の電子放出源は、所定のパターンに
配置された複数の電子放出素子と、前記複数の電子放出
素子の各々に入力信号を供給する手段とを備えた電子放
出源であって、前記複数の電子放出素子の各々は、前記
電子放出素子であって、前記複数の電子放出素子が、各
々への前記入力信号に応じてそれぞれ電子を放出するよ
うに構成されていることを特徴とする。 【0029】本発明の画像表示装置は、このゆーような
電子放出源と、前記電子放出源から放出された電子に照
射されて画像を形成する画像形成部材とを備えることを
特徴とする。 【0030】 【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら、本
発明の様々な実施形態について説明する。なお、図面中
で、対応する構成要素には同じ参照番号を付しており、
重複する説明は省略することがある。 【0031】高効率な電子放出素子を実現するために
は、電子の放出を容易にする素子構造の設計及び材料の
選択が、重要な考慮事項になる。また、実用面からは、
低価格で製造できることが望まれる。そこで、本発明で
は、六炭素環構造を有するカーボン材料を含有する粒子
或いはその凝集体を電子放出部として使用することによ
り、高効率で電子を放出し且つ面発光が可能であるよう
な、容易に製造される電子放出素子を実現する。 【0032】なお、本願明細書で述べる「粒子」とは、
特定の形状に限定されるものではない。いわゆる粒状の
形状を有する分離された個体の他に、針状、筒状、球状
など、様々な形状を有する分離された個体を、包括的に
示す。また、以下では、説明の簡単化のために、「粒子
或いはその凝集体」を単に「粒子」と称することがあ
る。 【0033】(第1の実施形態)本発明の電子放出素子
では、少なくとも、第1の電極(導電層)と、該第1の
電極に固着された粒子を包含する冷陰極部と、が設けら
れる。図2は、そのような本発明の構成に従った第1の
実施形態における電子放出素子の構成を、模式的に示す
構成図である。 【0034】具体的には、図2の構成において、1は基
板(本実施形態ではガラス基板)、2は第1の電極(本
実施形態ではクロム電極)、24は電子放出部、4は絶
縁層(本実施形態ではSiO2層)、5は第2の電極
(本実施形態ではアルミニウム電極)である。電子放出
部24は、電子放出部材の粒子3から構成されており、
例えばグラファイト粒子3から構成される。 【0035】本実施形態の電子放出素子は、図3〜図6
を参照して以下に説明するようなプロセスで、形成され
る。 【0036】まず、図3に示すように、ガラス基板1の
上に、RFスパッタリング法で厚さ200nmのクロム
電極2を形成する。 【0037】次に、イソブチルメタアクリレートをブチ
ルカルビトールで希釈した溶液20ccに平均粒径5μ
mのグラファイト粒子400mgを混入し、超音波撹拌
或いは回転ローラによる撹拌などで、均一に分散させ
る。このとき、グラファイト粒子の分布密度は、2×1
7個/cm2である。この溶液をクロム電極2の上にス
ピナーで塗布し、300℃雰囲気で1時間放置して乾燥
させる。これにより、図4に示すように、クロム電極2
の上にグラファイト粒子3が付着する。なお、図4で、
6は、グラファイト粒子3が分散されていた溶液に含ま
れる有機物を示す。 【0038】乾燥後に、図5に示すように、グラファイ
ト粒子3が塗布された電極表面を水素プラズマ7に曝し
て、グラファイト粒子3の表面に残留する有機物6を除
去する。この時のガラス基板1の温度は、例えば350
度となる。ここで、プラズマ7の温度及び基板1の温度
を適切に設定することによって、プラズマ7に曝した有
機物6が分解除去される一方で、グラファイト粒子3と
クロム電極2との間に位置している有機物6は、図5の
丸の中に拡大図として模式的に示しているように、炭化
して炭化物8となり、処理後も残存する。この炭化物8
によって、グラファイト粒子3がクロム電極2に固着さ
れる。一方、グラファイト粒子3の表面の有機物6を除
去することで、グラファイト粒子3(電子放出部24)
からの電子放出特性が、安定して保持される。 【0039】更に、SiO2層4(厚さ15μm)及び
アルミニウム電極5(厚さ0.1μm)をスパッタリン
グ法で順に形成し、エッチングにより、所定の箇所にホ
ールを形成する。グラファイト粒子3が付着したクロム
電極2は、このホールの中に位置される(図6参照)。 【0040】以上のプロセスで作成した電子放出素子で
は、クロム電極2とアルミニウム電極5との間に45V
の電位差を印加すると、グラファイト粒子3からの電子
の放出が始まる。更に、75Vの電位差の印加で、約3
0μA/mm2の電子放出密度が確認できた。 【0041】なお、本実施形態では、水素プラズマ処理
によって、グラファイト粒子3の表面に残留する有機物
6を除去し且つグラファイト粒子3と第1の電極(クロ
ム電極)2との間に水素プラズマ処理によって炭化物8
を形成して、グラファイト粒子3を第1の電極2に固着
している。しかし、不必要な残存有機物の除去やグラフ
ァイト粒子の固定方法は、これに限るものではない。例
えば、上記のプロセスは、少なくとも水素、酸素、窒
素、アルゴン、クリプトン、炭化水素の中の1つ以上を
含むプラズマへの暴露工程を含み得る。このようなプラ
ズマに直接に曝された有機物6は、分解除去されるが、
電子放出部24(六炭素環構造を有するカーボン材料を
含む電子放出部材の粒子3)と第1の電極2との間に介
在する有機物6は、一部が分解されて炭化物8(炭素或
いは炭素を主成分とする材料)に変質する。この炭化物
8が固着材として機能して、電子放出部24(粒子3)
を、第1の電極2に強固に固着させる。 【0042】上記の構成では、グラファイト粒子3を電
子放出部24として使用しているが、電子放出部24の
構成材料は、グラファイト粒子3に限られるわけではな
く、六炭素環構造を有するカーボン材料を含む材料とす
ればよい。但し、実用上は、電子放出部24をグラファ
イト粒子3或いはグラファイト粒子の凝集体で構成する
ことが好ましいことを、本願発明者らは確認した。 【0043】すなわち、グラファイトは、図7に示すよ
うに六炭素環が連なる層状構造であるが、本願発明者ら
による検討によって、六炭素環が途切れた部分(六炭素
環におけるσ構造の切断部)15から、電子が放出され
易いことが見い出された。その一方で、六炭素環の表面
部16からは、電子を放出させることが困難であること
も、見い出した。 【0044】また、図8に模式的に示すように、粒子状
のグラファイトでは、粒子の周辺部17は六炭素環が途
切れた状態(図7の15に相当する)であり、そこから
は容易に電子が放出される。従って、グラファイト粒子
3を高密度に均一に分散塗着させて電子放出部24とし
て機能させることにより、高密度な電子放出部24を備
えた電子放出素子を実現できる。なお、グラファイト粒
子の凝集体でも、同様の効果が得られる。 【0045】また、グラファイト粒子3、或いは、その
他の六炭素環構造を有するカーボン材料を含む電子放出
部24は、第1の電極2に固着されていることが好まし
い。 【0046】上記の説明では第1の電極2をクロム電極
としているが、第1の電極2が、炭素化合物を生成可能
な元素を1つ以上含有していることが、更に好ましい。
この構成によれば、電子放出部24として機能する六炭
素環構造を有するカーボン材料を含む材料と第1の電極
2との間に、炭素化合物が容易に形成される。この結
果、電子放出部24(電子放出部材の粒子3)を、電気
的且つ機械的に強固且つ安定に、第1の電極2に固着す
ることができる。この結果、電子放出部24への第1の
電極2からの電子の移動が容易となり、電子放出特性が
向上する。 【0047】(第2の実施形態)図9に、本発明の第2
の実施形態を示す。基本的な構成は第1の実施形態と同
じであるが、図9に示す第2の実施形態の構成では、ク
ロム電極3の上に分散塗布されて電子放出部24として
機能するグラファイト粒子3が、その端部17(図8参
照)が第2の電極(アルミニウム電極)5の方向(クロ
ム電極2に垂直上方)を向くように(すなわち、電子放
出方向を向くように)、配置されている。 【0048】先述のように、グラファイトは六炭素環が
連なる層状構造であり、グラファイト粒子3の端部17
は、六炭素環が途切れた部分(図7の参照番号15)に
相当する。従って、グラファイト粒子3の端部17が、
電子放出方向であるアルミニウム電極5の方向(クロム
電極2に垂直上方)を向く図9の構成によれば、グラフ
ァイト粒子3の端部17に位置する六炭素環の途切れた
部分に電界が集中し易くなり、更に電子が放出しやすく
なる。このため、第1の実施形態に比べて、更に低い電
圧で電子を放出することが可能となる。 【0049】具体的には、本実施形態の電子放出素子で
は、クロム電極2とアルミニウム電極5との間に30V
の電位差を印加すると、グラファイト粒子3からの電子
の放出が始まる。更に、50Vの電位差の印加で、約3
0μA/mm2の電子放出密度が確認できた。また、本
実施形態の構成では、粒子3を密に分散配置させること
ができるので、第1の実施形態に比べて、電子を放出す
る点(「電子放出サイト」とも称する)の数が増加する
とともに、電子放出サイトの分布の均一性も向上した。 【0050】なお、電子放出部24として機能する粒子
として、グラファイト粒子の代わりの他の材料の粒子を
使用する場合であっても、電子が放出され易い箇所を上
記のように電子放出方向に向けて配置することによっ
て、上記と同様の効果を得ることができる。 【0051】例えば、次の実施形態で説明するカーボン
ナノチューブを使用して電子放出部24を構成する場合
には、カーボンナノチューブをその先端が電子放出方向
を向くように配置すればよい。 【0052】(第3の実施形態)図10は、本発明の第
3の実施形態における電子放出素子の構成を、模式的に
示す構成図である。 【0053】具体的には、図10の構成において、1は
基板(本実施形態では石英ガラス基板)、2は第1の電
極(本実施形態ではタングステン電極)、24は電子放
出部、14は第2の電極として機能するメッシュ状電極
である。本実施形態では、カーボンナノチューブ或いは
カーボンナノチューブの凝集体を含むカーボン粒子(後
述するカーボンナノチューブ粒子)9によって、電子放
出部24を構成している。 【0054】図11に模式的に示すように、カーボンナ
ノチューブ11は六炭素環で構成される針状の粒子であ
り、アスペクト比(粒子長/粒子径)は非常に大きい。
このため、カーボンナノチューブ11の先端には電界が
集中しやすくなり、容易に電子が放出される。この時、
カーボンナノチューブ11の先端が、図12に参照番号
11aで示すように、炭素原子が結合して閉じた状態に
あるよりも、図13に参照番号11bで示すように、終
端の炭素原子が開放されている状態であることが、効率
的な電子放出を実現するためには好ましい。 【0055】カーボンナノチューブ11は、炭素電極間
のアーク放電によって形成されたカーボンナノチューブ
を含むバルクカーボンの精製によって作成してもよく、
或いは、触媒作用を利用したプラズマCVD法によって
形成してもよい。 【0056】カーボン電極(不図示)間のアーク放電に
よる形成プロセスを更に説明すると、80Torrのヘ
リウム雰囲気中に設置されたカーボン電極間にアーク放
電を発生させる。これによって、カーボン電極の一部が
スパッタリング蒸着され、カーボン膜を形成する。図1
4に模式的に示すように、このようにして形成されたカ
ーボン膜10の中には、約20%の割合でカーボンナノ
チューブ11が含有される。これらのカーボンナノチュ
ーブ11は、典型的には直径10nm且つ長さ2〜3μ
mの針状構造である。なお、カーボン膜10に含まれる
カーボンナノチューブ11以外の成分は、殆どがカーボ
ン粒子である。 【0057】本実施形態では、このようにして形成した
カーボンナノチューブ11を含むカーボン膜10を粒子
状に粉砕して、図10の構成における電子放出部24を
構成する電子放出部材の粒子9として、使用している。
なお、以下の説明では、このようにして得られた粒子9
を、カーボンナノチューブ粒子9とも記述する。 【0058】本実施形態の電子放出素子は、以下に説明
するようなプロセスにて、形成される。 【0059】まず、第1の工程として、石英ガラス基板
1の上に、RFスパッタリング法で、厚さ200nmの
タングステン電極2を形成する。次に、第2の工程とし
て、酢酸イソアミンの溶液20ccに平均粒径20μm
のカーボンナノチューブ粒子200mgを混入し、超音
波撹拌或いは回転ローラを用いた攪拌などで、溶液中に
均一に分散させる。このとき、カーボンナノチューブ粒
子の分布密度は、6×108個/cm2である。次に、第
3の工程として、この溶液をタングステン電極2の上に
スピナーで塗布し、300℃雰囲気で1時間放置して乾
燥させる。更に、第4の工程として、乾燥後に、カーボ
ンナノチューブ粒子が塗布された表面を、1%の酸素を
含む水素ガスのプラズマに曝す。この時の石英ガラス基
板1の温度は、例えば700℃となる。そして、第5の
工程として、石英ガラス基板1の上方に、50μmの距
離を隔ててメッシュ状電極14を設置する。 【0060】上記の第1〜第3の工程は、第1の実施形
態における対応する工程と、基本的に同様である。しか
し、本実施形態では、第4の工程において、分散配置さ
れたカーボンナノチューブ粒子9の表面を、基板温度7
00℃の高温状態で、1%の酸素を含む水素ガスのプラ
ズマに曝す。この条件下では、カーボン粒子の方がカー
ボンナノチューブ11よりエッチングされやすいため
に、図15に模式的に示すように、カーボンナノチュー
ブ11の一部が、粒子9から飛び出した構造となる。こ
の結果、カーボンナノチューブ11の先端には強い電界
集中が発生し、電子が放出しやすくなる。 【0061】また、アーク放電で形成されたカーボンナ
ノチューブ11は、図12のように、その先端が閉じた
構造11aであるが、温度700℃の高温雰囲気中で1
%の酸素を含む水素ガスのプラズマに曝されることによ
り、先端がエッチングされて、図13のように先端が開
放された構造11bとなる。このように先端が開放され
た構造11bは、言い換えれば、六炭素環が切れた状態
であり、第1の実施形態でも説明したように電子が放出
され易くなる。また、同時に、電子放出サイト数も増加
する。 【0062】更に、上記のプラズマ処理によって、カー
ボンナノチューブ粒子9とタングステン電極2との界面
では、炭素化合物であるタングステンカーバイド(W
C)が形成される。この炭素化合物によって、カーボン
ナノチューブ粒子9はタングステン電極2に固着され
る。この結果、カーボンナノチューブ粒子9とタングス
テン電極2との間の接触抵抗は小さくなり、電子は安定
に供給される。なお、そのような炭素化合物を生成させ
るためには、第1の電極2の材料は、タングステンに限
らず、シリコン或いはチタンなどの他の材料でもかまわ
ない。更に、第1の電極2は、タングステンと銅、或い
はタングステンとアルミニウムの混合物であってもかま
わない。 【0063】以上のように、カーボンナノチューブ粒子
9によって電子放出部24を構成する電子放出素子を上
記のようなプロセスで形成すると、低印加電圧で多くの
電子を安定に放出できる電子放出素子を実現できる。具
体的には、メッシュ状電極14の印加電圧が50Vにお
いて電子放出が開始されて、印加電圧70Vで50μA
/mm2の電子放出密度を確認できた。 【0064】なお、カーボンナノチューブ粒子9を水素
プラズマに曝する雰囲気は、本実施形態に記載した条件
に限るものではない。プラズマ処理時に水素中に混入さ
れる酸素量は、0.1atm%〜20atm%であるこ
とが好ましい。混入される酸素量が0.1atm%以下
では、エッチング効果が低下し、カーボンナノチューブ
11の一部が粒子9から飛び出した構造になり難く、同
時に、カーボンナノチューブ11の先端が開放され難く
なるために好ましくない。一方、混入される酸素量が2
0atm%以上になると、エッチング作用が強くなり過
ぎて、プロセス条件の制御が困難となる。 【0065】また、上記のプラズマ処理時の基板1の温
度は、プラズマの条件によってその最適条件が変わる。
但し、基板温度が200℃以下では、エッチング効果が
極端に低下するために好ましくない。また、第1の電極
2の構成材料として炭素化合物を合成する材料を使用す
る場合には、炭素化合物が合成できる温度以上に、基板
温度を保持することが好ましい。更に、基板温度が10
00℃以上になると、エッチング作用が強くなり過ぎて
プロセス条件の制御が困難となるため、好ましくない。 【0066】なお、上記の本実施形態の説明では、第2
の電極としてメッシュ状電極14を使用しているが、こ
れに代えて、第1の実施形態で説明したような形状の電
極構成としても良い。 【0067】また、本実施形態で説明したメッシュ状電
極14は、カーボンナノチューブ粒子9を使用する場合
に限らず、他の電子放出部材を使用して電子放出部24
を構成する場合にも使用可能であり、本願明細書の他の
実施形態において使用することも可能である。 【0068】(第4の実施形態)図16は、本発明の第
4の実施形態における電子放出素子の構成を、模式的に
示す構成図である。 【0069】具体的には、図16の構成において、1は
基板(本実施形態ではガラス基板)、2は第1の電極
(本実施形態ではアルミニウム電極)、24は電子放出
部、4は絶縁層(本実施形態ではSiO2層)、5は第
2の電極(本実施形態ではアルミニウム電極)、13は
Si半導体層である。電子放出部24は、電子放出部材
の粒子3、例えばグラファイト粒子3から構成される。 【0070】本実施形態の電子放出素子では、基板1の
上にSi半導体層13が形成されており、その上に形成
される第1の電極2が、実質的に多層構造を有してい
る。このような本実施形態の電子放出素子は、第1の実
施形態において図3〜図6を参照して説明したプロセス
に、更にSi半導体層13を形成する工程を付加した、
以下のようなプロセスによって形成される。 【0071】まず、ガラス基板1の上に、プラズマCV
D法で、厚さ250nmのSi半導体層13(P型:比
抵抗4×106Ω・cm)を形成する。続いて、Si半
導体層13の上に、RFスパッタリング法で厚さ500
nmのアルミニウム電極2を形成する。次に、イソブチ
ルメタアクリレートをブチルカルビトールで希釈した溶
液20ccに平均粒径5μmのグラファイト粒子400
mgを混入し、超音波撹拌或いは回転ローラによる撹拌
などで、均一に分散させる。このとき、グラファイト粒
子の分布密度は、2×107個/cm2である。この溶液
をアルミニウム電極2の上にスピナーで塗布し、300
℃雰囲気で1時間放置して乾燥させる。これにより、ア
ルミニウム電極2の上にグラファイト粒子3が付着す
る。更に、乾燥後に、グラファイト粒子が塗布された表
面を水素プラズマに曝して、グラファイト粒子3の表面
に残留する有機物を除去する。そして、SiO2層4
(厚さ15μm)及びアルミニウム電極5(厚さ0.1
μm)をスパッタリング法で順に形成し、エッチングに
より、所定の箇所にホールを形成する。グラファイト粒
子3が付着したアルミニウム電極2は、このホールの中
に位置される。 【0072】このように、基板1の上に、少なくともS
i半導体層13のような半導体層或いは高抵抗層を1層
以上設けて、その上に第1の電極2を形成することで、
第1の電極2を実質的に多層構造とすれば、この半導体
層或いは高抵抗層により異常放電が発生し難くなり、放
出される電流値が安定する。 【0073】具体的には、以上のプロセスで作成した電
子放出素子では、アルミニウム電極5に45Vの電圧を
印加すると電子の放出がはじまり、印加電圧75Vで約
30μA/mm2の電子放出密度を確認できた。この
時、異常放電等による素子の破壊は全く認められず、エ
ミッション電流も極めて安定していた。Si半導体層1
3を設けないと、約50%の経時的なエミッション電流
のバラツキが生じるが、本実施形態によれば、経時的な
エミッション電流のバラツキは10%以下であった。 【0074】上記のSi半導体層13のような半導体層
或いは高抵抗層を1層以上設けて第1の電極2を実質的
に多層構造にする構成は、本願明細書の他の実施形態に
おいても、適用可能である。 【0075】なお、これまでの説明では、第2の電極と
して、電子放出部に対応する位置に開口部が設けられて
いる形状の電極やメッシュ状電極を使用しているが、こ
れらに代えて、以下の実施形態で説明するような、開口
部を有さない平面状電極が電子放出部から所定の距離を
隔てて配置されている構成としても良い。 【0076】(第5の実施形態)図17は、本発明の第
5の実施形態における電子放出素子の構成を模式的に示
す断面図である。 【0077】図17に示すように、本実施形態の電子放
出素子では、基板61の上に、第1の電極として機能す
る導電層51が形成されている。その導電層51の上
に、電子放出部材の粒子52が固着材53によって固定
されて、電子放出部54を形成している。更に、基板6
1に対向するように電子引き出し電極(第2の電極)5
5が配置されている。 【0078】図17の構成は、一般的にダイオ−ド構成
と呼ばれる。この構成を有する電子放出素子では、電子
引き出し電極55に電圧を印加し、電子放出部54を構
成する粒子52に電界を集中させて、そこから電子56
を取り出す。 【0079】ここで、電子放出部54から電子56を時
間的且つ場所的に均一に放出させるためには、電子放出
部54を構成する粒子52を、導電層(第1の電極)5
1に対して、確実且つ均一に、更に高密度で塗布及び付
着させることが必要である。本実施形態では、粒子52
を固着材53により固定されているので、非常に安定な
付着状態が確保できる。 【0080】図17では、導電層51と粒子52との近
傍にのみ固着材53が存在する状態を示したが、特にこ
れに限るものでない。例えば、図18に示すように、粒
子52の表面にも固着材53が存在する状態としてもよ
い。但し、このように粒子52の表面に固着材53が存
在している場合に、実際の電子放出点(電子放出サイ
ト)の近傍の表面も固着材53で覆われてしまうと、電
子が放出され難くなる。従って、少なくとも粒子52の
電子放出点(電子放出サイト)の近傍の表面、図示され
ている構成では粒子52の上端部の近傍では、固着材5
3が存在せずに、粒子52の表面が露出していることが
好ましい。 【0081】この点に関連して、後に図24(d)とし
て示すように、電子放出部材の粒子52の表面の固着材
が除去されて、電子放出部材の本来の電子放出特性が確
保される一方で、導電層51と粒子52との間に十分な
量の固着材73が残存して、十分な固着性が確保される
ような状態を実現することが、好ましい。このような状
態は、固着材53として、蛍光体塗布などで多用される
材料であるビークルを用いることによって、実現され
る。ビークルは、真空中での使用に際して実績があるの
で有利であることに加えて、上記のような固着状態を実
現できることから、固着材53として好ましい材料であ
る。 【0082】電子放出部54を構成する電子放出部材の
粒子52は、互いに独立した状態であってもよく、或い
は、一部が凝集した状態であっても構わない。また、導
電層51は、電子放出部54を構成する粒子52に電子
を供給する電極として作用するものであり、通常の金属
をはじめとする導電性の薄膜或いは厚膜で構成すること
ができる。また、導電層51が1層構造或いは多層構造
の何れであっても、本発明の効果が得られる。また、構
造上、許容される場合には、基板61と導電層51とを
兼ねた構成も可能である。 【0083】以上のように、電子放出部材の粒子52を
固着材53で導電層51の上に付着させれば、電子供給
源である導電層(電極)51と粒子52との間が確実に
固着されてその信頼性が高まるとともに、両者の間にオ
ーミック接合が確立されて、導電層51から粒子52へ
の電子の注入が良好に行われる。 【0084】なお、以上の説明において、電子放出素子
の構成を、上記のダイオード構成に代えて、電子放出部
54に対応した箇所に開口部を有する引き出し電極が電
子放出部54と所定の間隔を隔てて設けられている、い
わゆるトライオード構成としても、同様の効果が得られ
る。 【0085】(第6の実施形態)図19は、本発明の第
6の実施形態における電子放出素子の構成を模式的に示
す断面図である。本実施形態では、第5の実施形態で説
明した構成における電子放出部54を構成する電子放出
部材の粒子を、特にグラファイト粒子72としている。 【0086】図19の構成をあらためて説明すると、本
実施形態の電子放出素子では、基板61の上に導電層
(電極)51が形成されている。その導電層51の上
に、グラファイト粒子72が固着材53によって固定さ
れて電子放出部54を形成している。更に、基板51に
対向するように電子引き出し電極55が配置されてい
る。 【0087】図19の構成も、一般的にダイオ−ド構成
と呼ばれる。この構成を有する電子放出素子では、電子
引き出し電極55に電圧を印加し、電子放出部54を構
成するグラファイト粒子72に電界を集中させて、そこ
から電子56を取り出す。 【0088】ここで、図20(b)には、グラファイト
粒子72の巨視的状態を模式的に示している。これを微
視的に見れば、図20(a)に模式的に示すように、六
炭素の環状構造が2次元的に拡がったものが、層状に重
なった構造を有している。第1の実施形態に関連しても
説明したように、グラファイト粒子72の端面には、微
視的構造である六炭素環におけるσ結合の切れた部分が
露出している。従って、グラファイト粒子72に電界を
集中させると、そのようなσ結合の切れた露出部分から
(図19の構成では、図中に電子56の放出経路として
矢印で模式的に示しているように、その端部から)、電
子が多く放出されることが、実験により判っている。 【0089】この点に関連して、本願発明者らが行った
グラファイト粒子の電子放出に関する実験結果を以下に
説明する。 【0090】具体的には、上記で説明したダイオード構
成を有する電子放出素子において、真空度が10-7To
rrオーダの雰囲気中で10V/μmの電界強度が得ら
れるように電圧を印加して、エミッション電流を測定し
たところ、電子放出部を構成する電子放出部材の粒子と
してグラファイト粒子を使用している場合には、μAオ
ーダのエミッション電流が得られた。これに対して、同
様の条件で、電子放出部材としてCu、Al、及びTi
2を使用すると、何れの場合もnAオーダのエミッシ
ョン電流しか得られなかった。このように、電子放出部
材としてグラファイト粒子を使用することによって、よ
り効率的な電子放出を実現することができる。 【0091】グラファイト粒子における上述のような六
炭素環のσ結合の切れた部分は、自然発生的なものでも
良いし、後工程で形成したものでも良い。 【0092】例えば、図21には、図19の構成におい
て、その積層面に対する法線が導電層(電極)51の表
面にほぼ垂直になるように配置されているグラファイト
粒子72の表面(上面)に、凹部(切り込み部)722
を設けている。これによって、この部分722に、σ結
合の切れた部分を露出させる。これによって、この凹部
722から電子が放出され易くなり、実質的にこの凹部
722の近傍が、電子放出部54として作用することに
なる。更に、この凹部722をグラファイト粒子72の
表面に選択的に形成することにより、電子放出を選択的
に行わせることが可能になる。 【0093】また、図21に示す凹部722を有する構
成において、グラファイト粒子72として、その六炭素
環構造の配向性が高い高配向性グラファイトを用いる
と、上述した効果が更に顕著に得られるようになる。本
願発明者らが行った実験では、商品名「スーパー・グラ
ファイト」として知られているグラファイト・シートの
表面にカッター・ナイフで凹形状の筋(切り込み部)を
形成し、その部分からの電子放出状態を測定したとこ
ろ、グラファイト・シートの端面に加えて、上記で形成
された凹形状の筋部からも、電子が放出することが確認
された。 【0094】或いは、上記のようなグラファイト粒子7
2の表面の凹部722を、機械的に形成する代わりに化
学的な作用によって形成しても、同様の効果を得ること
ができる。 【0095】更に図22に示す構成では、グラファイト
粒子72を、その端面が電子引き出し電極55に向く様
な方向に(すなわち、その積層面に対する法線が導電層
(電極)51の表面にほぼ平行になるように向けて)、
導電層51の上に固着材53によって固着している。 【0096】グラファイト粒子は、図20(a)に示し
た微視的積層構造に起因して、図20(b)に模式的に
示すような扁平形状をとる場合が多い。このため、導電
層51の上にグラファイト粒子72を塗布すると、その
積層面に対する法線が、導電層51の表面の法線と略平
行となる場合が多い。このような場合には、電子放出に
最も貢献するグラファイトの端面が電子引き出し電極5
5に対向しないので、端面に露出している六炭素環のσ
結合の切れた部分への電界の集中は、非効率になる。 【0097】これに対して、図22に示すように、グラ
ファイト粒子72の端面が電子引き出し電極55に向く
ような配置(すなわち、その積層面に対する法線が導電
層(電極)51の表面にほぼ平行になるような配置)と
することによって、端面へ電界を効果的に集中させるこ
とができて、電子放出効率を向上させることができる。 【0098】図22に示す構成において、グラファイト
粒子72として、その六炭素環構造の配向性が高い高配
向性グラファイトを用いると、上述した効果が更に顕著
に得られるようになる。 【0099】更に、図23に示す構成では、図19にお
ける基板61に代えて、表面に凹凸形状を有する基板6
2を使用して、その凹凸形状の上に導電層51を設けて
いる。電子放出部材としてのグラファイト粒子72は、
この凹凸形状に沿って設置され、更にその上方に、電子
引き出し電極55を設けている。 【0100】このような構成では、グラファイト粒子7
2は、基板62の表面の凹凸形状に沿って固着されるこ
とにより、必然的に、その端面を電子引き出し電極55
に向けて、固着される。これによって、六炭素環のσ結
合の切れた部分が露出しているグラファイト粒子72の
端面が電子引き出し電極55に対向するようになるの
で、電界集中が効果的に発生して、電子放出効率が向上
する。なお、図23に示す構成においても、グラファイ
ト粒子72として、その六炭素環構造の配向性が高い高
配向性グラファイトを用いると、上述した効果が更に顕
著に得られるようになる。 【0101】上述したような凹凸形状の形成方法として
は、エッチングによる基板表面の粗面化やブラスト処理
による基板表面の粗面化など、公知の方法を適宜選択す
ればよい。或いは、凹凸形状が設けられた基板表面に導
電層を形成して、それによって導電層を間接的に凹凸形
状に設ける代わりに、平坦な基板表面に導電層を形成し
た後に、その導電層の表面に直接に凹凸形状を設けて
も、上記と同様の効果を得ることができる。 【0102】なお、以上の説明において、電子放出素子
の構成を、上記のダイオード構成に代えて、電子放出部
54に対応した箇所に開口部を有する引き出し電極が電
子放出部54と所定の間隔を隔てて設けられている、い
わゆるトライオード構成としても、同様の効果が得られ
る。 【0103】なお、以上の説明における固着材53の存
在状態は、上記で特に図示しているものに限るものでな
く、グラファイト粒子72からの実際の電子放出点を固
着材が覆わない限りは、他の形態であっても構わない。
例えば、図30に模式的に示すように、グラファイト粒
子72の表面の固着材が除去されて、電子放出部材の本
来の電子放出特性が確保される一方で、図30の丸の中
に拡大図として模式的に示しているように、導電層51
とグラファイト粒子72との間に十分な量の固着材73
が残存して、十分な固着性が確保されるような状態を実
現することが、好ましい。このような状態は、固着材5
3として、蛍光体塗布などで多用される材料であるビー
クルを用いることによって、実現される。 【0104】(第7の実施形態)本実施形態では、上記
で説明した固着材の好ましい塗布工程を含む、電子放出
素子の製造プロセスの一例を説明する。 【0105】固着材53の塗布を容易に行うためには、
固着材53に、電子放出部材として機能する粒子52を
混入し混合させた溶液を、例えばスピンコート法或いは
印刷法などで塗布する工程を行うことが好ましい。この
ような方法によれば、固着材の塗布均一性が非常に向上
するとともに、溶液の適当な粘性により、塗布状態は均
一且つ高密度なものとなる。その結果、均一且つ安定し
た電子放出状態を得ることが可能となる。 【0106】図24(a)〜(c)を参照して、具体的
な塗布工程を説明する。 【0107】まず、図24(a)に示すように、基板6
1の上に導電層51を形成する。次に、形成された導電
層51の上に、図24(b)に示すように、電子放出部
材の粒子52と固着材53との混合溶液を滴下し塗布し
た後に、更に乾燥させる。これによって、図24(c)
に示すように、導電層51の上に、粒子52が固着され
る。この結果、粒子52を導電層51の上に、高密度且
つ均一に、しかも安定に付着させることが可能となり、
エミッション電流の均一化及び安定化が図れる。 【0108】なお、図25に示すように、導電層51が
形成された基板61を回転台80の上に載せ、回転させ
ながら粒子52と固着材53との混合溶液を滴下して塗
布する、いわゆるスピナー塗布を行えば、粒子52の塗
布均一性が更に増す。 【0109】ところで、固着材53の塗布に際しては、
電子放出部材の粒子52を導電層51に確実に固着させ
ることができる一方で、固着材53が、電子放出部材の
粒子52の電子放出サイト近傍の表面上に残存しないこ
とが、重要である。上記のように電子放出部材の粒子5
2と固着材53とを混合して塗布する方法を適用する場
合には、特に、固着材53が上記のような要件を満足す
る特性を有していることが、好ましい。 【0110】これに対して、既に述べたように、固着材
53として、例えば、蛍光体塗布などで多用される材料
であるビークルを用いれば、固着材が有するべき上記の
特性を確実に確保することができる。 【0111】具体的には、固着材としてビークルを使用
する場合、図24(b)に示す塗布工程の後で約400
℃で1時間に渡って乾燥させると、図24(d)に示す
ように、電子放出部材の粒子52の表面の固着材(ビー
クル)が除去されて、電子放出部材の本来の電子放出特
性が確保される。その一方で、導電層51と粒子52と
の間には、十分な量の固着材(ビークル)73が残存し
て、十分な固着性が確保される。 【0112】なお、乾燥或いは熱処理によって粒子表面
の固着材が除去できない場合には、プラズマ処理などの
後処理によって、不必要な箇所の固着材を除去する。こ
のとき、電子放出部材の粒子は、後処理によって損傷を
うけ難い材料で構成することが好ましい。例えば、炭素
材料であれば、耐スパッタ性が高いので、プラズマ処理
などの後処理を経ても損傷をうけ難い。 【0113】(第8の実施形態)図26に、本発明の第
8の実施形態として、画像表示装置の概略断面図を示
す。 【0114】具体的には、図26の構成において、本発
明による電子放出素子211が、外囲器212の一部を
兼ねた基板212aの上に複数個形成されて、電子放出
源224を構成している。213は画像形成部であり、
電子放出素子211からの電子に対して例えば加速・偏
向・変調等の駆動・制御を行う電子駆動電極213a
と、外囲器212の一部212bの内面に塗布された蛍
光体213bとからなり、駆動された電子により蛍光体
213bを発光させて画像を表示する。なお、特に図示
していないが、複数の電子放出素子211の各々に入力
信号を供給する回路が更に設けられており、複数の電子
放出素子211からの電子の放出が各々への該入力信号
に応じて制御されるように、構成されている。 【0115】ここで、電子放出源211として本発明の
電子放出素子を用いているため、低電圧で安定且つ時間
的・場所的に安定なエミッション電流の取り出しが可能
であり、従って、高品質な画像表示装置が実現できる。 【0116】図27(a)〜(d)には、本実施形態の
画像表示装置の製造方法の概略工程図を示す。 【0117】まず、図27(a)に示すように、外囲器
212の一部を兼ねる基板212aに、本発明の電子放
出素子211を複数個形成して、電子放出源224を構
成する。そして、画像形成部213の一部である電子駆
動電極213aを配設し(図27(b))、また、内面
に蛍光体213bを塗布した外囲器の一部212bを設
置する(図27(c))。最後に、外囲器212の内部
を真空にして、図26に示した本実施形態による画像表
示装置を製造する(図27(d))。 【0118】これによって、本発明の電子放出素子を用
いた画像表示装置を製造することが可能となり、従っ
て、高品質な画像表示装置の製造が可能となる。 【0119】(第9の実施形態)次に、本発明の第9の
実施形態として、以上に説明した本発明の電子放出素子
を複数個使用して構成される電子放出源を説明する。図
28は、本実施形態における電子放出源322の構成を
模式的に示す図である。 【0120】この電子放出源322では、互いに電気的
に絶縁された複数のX方向配線X1〜Xm(参照番号3
20で総称する)、及び同様に互いに電気的に絶縁され
た複数のY方向配線Y1〜Yn(参照番号321で総称
する)を、お互いに直交する方向に約50μmの距離を
隔てて配置する。そして、X方向配線320及びY方向
配線321の各交差部328に本発明に係る電子放出素
子が形成されるように、各交差部328においてY方向
配線321と交差するX方向配線320の上に、六炭素
環構造のカーボンを含有する電子放出部311を複数個
ずつ配置する。このようにして、複数の電子放出素子
(以下では、交差部と同じ参照番号328を使用する)
が2次元的に配列されて単純マトリクス配線された、本
実施形態の電子放出源322の構成が得られる。 【0121】X方向配線320及びY方向配線321の
数(すなわちm及びnの値)は、特定の値に限られるも
のではない。例えば、16×16のようにm及びnを同
じ数にしたり、或いはmとnとを異なる数にしてもよ
い。 【0122】図28の電子放出源322の構成によれ
ば、Y方向配線321に与える電圧を入力信号として、
トータルの電子放出量を制御することができる。その際
に、各々の電子放出素子328に与える電圧値を変える
ことによって、電子放出量が変調できる。 【0123】更に、図28の構成を有する電子放出源3
22は、従来技術による構成と比較して、電子放出効率
が高く且つ電子放出量の経時変化も小さい。また、図2
8の構成にて2次元配列された電子放出素子328に対
して、X方向及びY方向に分布を有する入力信号を与え
ると、その入力信号の分布に対応した電子放出分布が得
られる。 【0124】このように、本実施形態の電子放出源32
2によれば、高効率な電子放出素子328を多数有して
いるために、小さな印加電力で大きな電子放出電流が得
られる。また、電子放出領域を広く設定することができ
る。更に、入力信号に応じて個々の電子放出素子328
からの電子放出量を制御できるので、任意の電子放出分
布を得ることが可能となる。 【0125】(第10の実施形態)本実施形態では、上
述の第9の実施形態にて作製した電子放出源322を用
いて形成される、蛍光体を発光させる画像表示装置を説
明する。図29は、本実施形態の画像表示装置の構成を
示す概略図である。 【0126】図29の画像表示装置は、本発明の電子放
出素子を単純マトリクス配線して構成された電子放出源
322(第9の実施形態を参照)を含む。このとき、先
の実施形態で説明したように、電子放出源322に含ま
れた個々の電子放出素子328は、選択的に独立して駆
動され得る。電子放出源322はバックプレート323
の上に固定されており、それに対向するように、フェー
スプレート324がサイドプレート327によって支え
られて配置され、容器(エンクロージャー)を形成して
いる。なお、フェースプレート324の内面(バックプ
レート323に対向する面)には、透明電極325及び
蛍光体326が形成されている。 【0127】フェースプレート324、バックプレート
323、及びサイドプレート327で構成される容器
は、その内部を真空に保持する必要がある。従って、各
プレート間の接合部は、真空漏れが生じないように封止
される。本実施形態では、フリットガラスを窒素雰囲気
中で約500℃の温度にて焼成し、封着している。封着
後に、各プレートで形成される容器の内部を、必要に応
じて加熱しながら、イオンポンプなどのオイルレス排気
ポンプにより約1×10-7Torr以上の高真空雰囲気
になるまで排気し、その後に最終的に封止する。この真
空度を保持するために、容器内にゲッター(図示せず)
が配置される。 【0128】フェースプレート324の内面の蛍光体3
26は、ブラックストライプ配列とされており、例えば
印刷法で形成する。一方、透明電極325は、放出され
た電子を加速するためのバイアス電圧を印加する引き出
し電極として作用するものであり、例えばRFスパッタ
リング法で形成する。 【0129】または、放出された電子を加速するための
構成としては、このような透明電極325(引き出し電
極)を設ける代わりに、蛍光体326の表面に非常に薄
いメタルバックを設ける方法がある。この構成において
も、本実施形態の効果が有効に得られる。 【0130】このような構成の画像表示装置において、
外部の所定の駆動回路(不図示)からX側配線320及
びY側配線321(第9の実施形態における図28を参
照)を通じて、各電子放出素子328に所定の入力信号
を印加する。これによって、各電子放出素子328から
の電子放出を制御し、放出された電子によって蛍光体3
26を所定のパターンで発光させる。これにより、高輝
度で高精細な画像を表示できる、フラットパネルディス
プレイのような画像表示装置を得ることができる。 【0131】なお、各プレートによって形成される容器
は、以上で説明した構成に限られるものではなく、例え
ば、大気圧に対して十分な強度を確保するために、フェ
ースプレート324とバックプレート323との間に、
更に支持体が設置されている構成であっても構わない。
また、発せられる電子ビームのフォーカス性を更に改善
するために、電子放出源322とフェースプレート32
4との間に、更にフォーカス電極(絞り制御用電極)が
設置されている構成とすることもできる。 【0132】以上のように、本実施形態における画像表
示装置は、少なくとも、複数の電子放出素子328を含
む電子放出源322と、蛍光体326などの画像形成部
材と、これらの電子放出源322や画像形成部材を真空
状態に保持する容器と、を含み、入力信号に応じて電子
放出源322(各電子放出素子328)から放出される
電子を画像形成部材(蛍光体326)に加速して照射す
ることで、画像を形成する。特に、電子放出源として、
高効率及び安定性の高い電子放出が可能な本発明による
電子放出源322を配置することによって、制御性良く
高輝度に蛍光体326を発光させることが可能となる。 【0133】以上に本発明の様々な実施形態を説明した
が、各実施形態で個別に説明した特徴は、適宜組み合わ
せることが可能である。使用する部材の構成材料や形成
方法は、適宜変更可能である。 【0134】また、本発明における第2の電極としての
対向電極(電子引き出し電極)は、電子放出素子の一部
として設けても良く、或いは、電子放出素子には含まれ
ない別の構成部材として設けても良い。 【0135】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、六炭素
環構造を有するカーボン材料を含む粒子或いはその凝集
体を用いて電子放出部を形成することで、効率よく且つ
均一に電子を放出することができる安定性の高い電子放
出素子が得られる。特に、電子放出部材として、六炭素
環が途切れた構造を備えたカーボン材料(例えばグラフ
ァイトやカーボンナノチューブ)を用いて、これによっ
て電子放出部を構成することによって、更に効率よく電
子を放出することができ、大きなエミッション電流が得
られる。 【0136】また、本発明に係る電子放出素子を複数個
使用し、例えばそれらを2次元アレイ状に配置して構成
される電子放出源では、電子放出領域の広域化が可能と
なる。また、その際に、電子放出源を構成する各電子放
出素子への電気的接続状態を適切に設定すれば、入力信
号に応じて個々の電子放出素子の電子放出量を制御する
ことが可能になり、任意の電子放出分布を得たり消費電
力を低減したりすることが可能になる。 【0137】更に、上記のような電子放出素子(電子放
出源)と、電子を照射されて画像を形成する画像形成部
材とを組み合わせることによって、制御性良く高輝度に
画像形成部材を発光させることができる画像表示装置
(例えばフラットパネルディスプレイ)が構成される。 【0138】また、本発明によれば、電子放出部の構成
材料として非常に適した、六炭素環が途切れた構造を備
えたカーボン材料(例えばグラファイトやカーボンナノ
チューブ)を、電子放出部として機能し得る形態で、所
定の表面に再現性良く且つ任意密度で配置できる。これ
によって、高効率な電子放出素子を、容易に形成するこ
とができる。 【0139】更に、本発明の他の電子放出素子では、電
子供給源として機能する導電層に、電子放出部材の粒子
を固着材で固着させた構成とすることによって、安定且
つ信頼性の高い固着状態が実現されて、エミッション電
流の安定化が図れる。 【0140】また、固着材の塗布に際しては、電子放出
部材の粒子を固着材に混入させた溶液を用いることによ
って、その適当な粘性により、例えばスピンコートなど
で塗布することが可能となる。これによって、固着材の
容易な塗布か実現されるので、粒子或いは粒子の凝集体
からなる電子放出部の均一且つ高密度な分散配置を容易
に実現することができて、エミッション状態の均一化や
高密度化、更には、高効率な電子放出素子の容易な形成
が、可能となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
Electron-emitting device and a method for manufacturing the same, particularly a six-carbon ring structure
Particles containing carbon material having structure or aggregates thereof
Formed usingElectron emission device. In addition,
Akira is composed of a plurality of electron-emitting devices as described above.
Electron emission sources and the use of such electron emission sources
ComposedImage display device. [0002] 2. Description of the Related Art In recent years, high-definition thin display
An electron source that replaces a gun and a micro vacuum device that can operate at high speed
Micron-sized electron source (emitter part)
The development of micro electron-emitting devices is active. Conventionally, an electron-emitting device has been heated to a high temperature.
High voltage is applied to the material such as
The heat release type used to release
Years, there is no need to heat to high temperatures and electrons can be generated even at low voltages.
A "cold cathode" type electron-emitting device that can emit light
However, it is being actively researched and developed. Such a cold cathode type
There are various types of electron-emitting devices, but in general,
Field emission type (FE type), tunnel injection type (MIM type or
Is MIS type) or surface conduction type (SCE type)
It has been tell. In the FE type electron-emitting device, the gate electrode
By applying a voltage and applying an electric field to the electron emission section,
Co made of silicon (Si) or molybdenum (Mo)
The electrons are emitted from the horn-shaped protrusions. MIM type or
For MIS type electron-emitting device, metal, insulator layer, semiconductor
A layered structure including layers and the like is formed, and electrons are emitted from the metal layer side.
Inject and pass through the insulator layer using the tunnel effect
Take out from the child discharge part. Also, SCE type electron emission
In the output element, the electric current flows in the in-plane direction of the thin film formed on the substrate.
To form a previously formed electron-emitting portion (generally, a thin film).
From the fine cracks existing in the energized region of the film),
Release. [0005] Device structure of these cold cathode type electron-emitting devices
Are all structured by using microfabrication technology.
It has the feature that it can be miniaturized and integrated.
ing. Here, a cold cathode type electron-emitting device is required.
Characteristics are low voltage, low power consumption and stable high current
At the same time, but at the same time, a structure that can be manufactured at low cost.
It is also necessary to be successful. As such a cold cathode type electron-emitting device,
For example, it is disclosed in JP-A-7-282715.
The configuration is shown schematically in FIG. Shown in FIG.
The configuration according to the prior art is configured to perform a specific
Diamond whose electron affinity can be negative
And use it as a configuration.
By using diamond particles instead of a diamond film
Simplification in manufacturing and cost reduction
And FIG. 1 shows a specific configuration.
Thus, a conductive layer 112 serving as an electrode is formed on the substrate 111.
And further comprise diamond particles 113 thereon.
An electron emitting portion 114 is formed. Diamond particles
113 indicates that the electron affinity becomes negative by a predetermined process.
I have. Electricity is applied so as to face the diamond particles 113.
A child extraction electrode (not shown) is provided.
By applying a potential to the extraction electrode, the diamond particles
Electrons are taken out from the electron emitting portion 114 composed of 113. Here, the diamond particles 113 are
Since the electron affinity on the surface is negative, the conductive layer 112
The electrons that have entered the diamond particles 113 from the
Expected to be released from the diamond particles 113
You. As a result, in the configuration of FIG.
High voltage is not applied to the electron extraction electrode (not shown)
In both cases, it is expected that electrons can be extracted. The configuration shown in FIG.
That the electron emission part 114 is configured using
Therefore, it can be formed easily and at low cost. [0011] Generally, electron-emitting devices
The constituent materials of the electron-emitting portion contained in the element are (1) relatively
It is easy to emit electrons in a small electric field (that is,
(Electron emission is possible), and (2) the stability of the current obtained is
Good, (3) the change over time in the electron emission characteristics is small,
It is required to have characteristics. However, to date
Prior art electron-emitting device as described above
The dependence of its operating characteristics on the shape of the electron-emitting portion,
There is a problem that the change with time is large. Also, according to the prior art, electronic
It is difficult to fabricate emission devices,
Very difficult to control. In the configuration of the prior art shown in FIG.
When trying to extract electrons from the electron emission unit 114,
May cause the following problems. First, unlike the theory, the electron emission portion 11
4 has a negative electron affinity for the diamond particles 113.
Despite being, in fact, the opposing electron withdrawal
A high voltage is applied to the electrode (not shown) as in the prior art.
Need to be This is because the conductive layer 112 and the diamond grains
This is caused by an electron barrier existing at the interface with the element 113. Conductive
Ohmic junction between layer 112 and diamond particles 113
Would not cause such a problem, but in general,
To obtain an ohmic junction with the diamond material
Difficult. As a result, the conductive layer 112 and the diamond
A Schottky junction is formed between the
To transfer electrons from the conductive layer 112 to the diamond particles 113.
In order to inject, the electron barrier that exists at the interface between the two,
The electrons must cross. Therefore, the electron emission unit 1
Electrons from the diamond particles 113 constituting
In order to extract the electron, the electron
High voltage must be applied to the output electrode. Further, in the configuration of FIG.
Since the doped particles 113 function as an electron emission source, the uniform and uniform
In order to achieve stable electron emission, diamond
It is necessary to obtain uniformity and stability of the application state of the
It is important. However, in practice, it is difficult to realize.
In particular, the stability of the attached state depends on the diamond particles 113.
It is greatly affected by size. For example, if the particle size is
In the long order, diamond particles 113
Occurrence of missing electrons makes it difficult to achieve stable electron emission
Become. As described above, in the conventional configuration shown in FIG.
Transfers electrons from the conductive layer 112 to the diamond particles 113.
Difficult to inject efficiently, and
To uniformly and stably apply and fix the powder particles 113.
Is difficult enough, etc.
It is difficult to obtain an electron-emitting device having the operating characteristics
is there. Based on the above, electron emission in the prior art
Configuration of output element or structure of electron emission part included in it
And materials must meet the required properties.
I can't say. The present invention has been made to solve the above problems.
The purpose is (1) low-voltage driving
Electron-emitting device capable of stably obtaining high current and its device
(2) having a six-carbon ring structure
Electron emission of particles or aggregates of particles containing carbon material
By using it as a part, it can be manufactured at low cost and
Electron emitter with high stability that can efficiently and efficiently emit electrons
(3) In particular, six charcoal as an electron emitting member
Use of particles containing a carbon material having a ring structure
Provides an electron-emitting device that can emit electrons more efficiently
(4) Arrange a plurality of electron-emitting devices as described above.
To provide a highly efficient electron emission source.
And (5) the electron emission source and the image forming member as described above.
Image display device that displays bright and stable images using
(6) Six carbons used as an electron emitting portion
Important for particles containing carbon material with ring structure
An electronic discharger that can easily and reasonably perform the manufacturing process
Providing a method for manufacturing an output element, and (7) a six-carbon ring
The particles containing the structured carbon material are
By performing the fixing step, stable operation is ensured.
Electron-emitting devices with electron-emitting parts
Of electron-emitting devices that can be easily and reproducibly manufactured
To provide a fabrication method. [0018] An electron-emitting device according to the present invention is provided.
Represents a first electrode, and an electron disposed on the first electrode.
An electron-emitting device comprising: an electron-emitting device;
The part is composed of particles or aggregates thereof, and the particles
Has a six-carbon ring structure and is mainly composed of graphite.
Wherein the electron-emitting portion comprises
The normal to the lamination surface of graphite is
Of the first electrode in a state of being substantially parallel to the surface.
It is arranged above. Further, the electron-emitting device of the present invention has a first
A pole, and an electron-emitting portion disposed on the first electrode.
The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting portion includes particles.
Or the aggregates thereof, wherein the particles are:Two-dimensional
Has a structure in which six-carbon ring structures spread in layers overlap in layers
To, Carbon material mainly composed of highly oriented graphite
It is characterized by containing. [0020] Preferably, the electron emission portion is a particle.
Or the agglomerates thereof, wherein the particles
Contains a carbon material with a six-carbon ring structure with a break
You. Preferably, σ in the six-carbon ring structure is
The first electrode with the cut portion of the bond facing the electron emission direction
Is placed on top. Preferably, said particles or aggregates thereof
The electron-emitting portion composed of
The electrode is fixed to the electrode.From two
4The electron-emitting device according to any one of the above. [0023] Preferably, the fixing material is the first electrode.
Exists only on the surface of the pole where the electron-emitting portion is fixed
However, there is no other portion on the surface of the first electrode.
No. Preferably, the fixing material is a vehicle.
You. Preferably, it is installed near the electron emission portion.
Further provided is a second electrode. Preferably, the first electrode is a carbon compound
Contains elements that can produce substances. Preferably, said first electrode is at least
Also has a multilayer structure including one or more semiconductor layers. The electron emission source of the present invention has a predetermined pattern.
A plurality of electron-emitting devices arranged, and the plurality of electron-emitting devices
Means for supplying an input signal to each of the elements.
A source, wherein each of the plurality of electron-emitting devices is
An electron-emitting device, wherein the plurality of electron-emitting devices are each
Each of them emits electrons in response to the input signal.
It is characterized by being constituted as follows. The image display device of the present invention has
An electron emission source, and an electron emitted from the electron emission source.
And an image forming member that is projected to form an image.
Features. [0030] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
Various embodiments of the invention will be described. In the drawing
And corresponding components have the same reference numbers,
Duplicate descriptions may be omitted. To realize a highly efficient electron-emitting device
Is the design and material of the device structure that facilitates the emission of electrons.
Choice becomes an important consideration. Also, from a practical point of view,
It is hoped that it can be manufactured at low cost. Therefore, in the present invention
Are particles containing a carbon material having a six-carbon ring structure
Alternatively, by using the aggregate as an electron emitting portion,
To emit electrons and emit light with high efficiency.
And an easily manufactured electron-emitting device. The “particles” described in the present specification are:
It is not limited to a specific shape. So-called granular
Needle-like, cylindrical, spherical, in addition to isolated individuals having a shape
Comprehensively isolated individuals having various shapes such as
Show. In the following, for the sake of simplicity of explanation, "particle
Alternatively, the aggregate may be simply referred to as “particles”.
You. (First Embodiment) Electron-emitting device of the present invention
Then, at least the first electrode (conductive layer) and the first electrode
A cold cathode section containing particles fixed to the electrode;
It is. FIG. 2 shows a first embodiment according to such a configuration of the present invention.
1 schematically illustrates a configuration of an electron-emitting device according to an embodiment.
It is a block diagram. Specifically, in the configuration of FIG.
A plate (a glass substrate in the present embodiment), 2 is a first electrode (a book)
In the embodiment, a chromium electrode), 24 is an electron emission portion, and 4 is
Edge layer (SiO 2 in this embodiment)TwoLayer), 5 is the second electrode
(In this embodiment, an aluminum electrode). Electron emission
The part 24 is composed of the particles 3 of the electron emission member,
For example, it is composed of graphite particles 3. FIGS. 3 to 6 show the electron-emitting device of this embodiment.
Formed by the process described below with reference to
You. First, as shown in FIG.
On top, 200nm thick chromium by RF sputtering
The electrode 2 is formed. Next, isobutyl methacrylate was added
Average particle size 5μ in 20cc solution diluted with lucarbitol
400mg of graphite particles of 400m
Or evenly disperse by stirring with rotating rollers, etc.
You. At this time, the distribution density of the graphite particles was 2 × 1
07Pieces / cmTwoIt is. Place this solution on chromium electrode 2
Apply with a pinner, leave at 300 ° C for 1 hour and dry
Let it. Thereby, as shown in FIG.
The graphite particles 3 adhere to the surface. In FIG. 4,
6 is included in the solution in which the graphite particles 3 were dispersed.
Organic matter. After drying, as shown in FIG.
The electrode surface coated with the particles 3 is exposed to hydrogen plasma 7.
To remove the organic substances 6 remaining on the surface of the graphite particles 3.
Leave. The temperature of the glass substrate 1 at this time is, for example, 350
Degree. Here, the temperature of the plasma 7 and the temperature of the substrate 1
By appropriately setting
While the equipment 6 is decomposed and removed, the graphite particles 3 and
The organic substance 6 located between the chromium electrode 2 and
As shown schematically in the circle,
It becomes carbide 8 and remains after the treatment. This carbide 8
As a result, the graphite particles 3 adhere to the chromium electrode 2.
It is. On the other hand, the organic substances 6 on the surface of the graphite particles 3 are removed.
By removing, the graphite particles 3 (electron emitting portions 24)
The characteristics of emitting electrons from are stably maintained. Further, SiOTwoLayer 4 (15 μm thickness) and
Sputtering aluminum electrode 5 (0.1 μm thick)
Formed in order by etching method, and etching
Form a rule. Chromium with graphite particles 3 attached
The electrode 2 is located in this hole (see FIG. 6). With the electron-emitting device prepared by the above process,
Is 45 V between the chromium electrode 2 and the aluminum electrode 5.
Is applied, the electrons from the graphite particles 3
Release begins. Further, when a potential difference of 75 V is applied, about 3
0 μA / mmTwoThe electron emission density of was confirmed. In this embodiment, the hydrogen plasma processing
Organic matter remaining on the surface of the graphite particles 3
6 is removed and the graphite particles 3 and the first electrode (chromium) are removed.
Electrode 8) and carbide 8 by hydrogen plasma treatment.
To fix the graphite particles 3 to the first electrode 2
are doing. However, unnecessary residual organic matter removal and graph
The method of fixing aite particles is not limited to this. An example
For example, the above process involves at least hydrogen, oxygen, nitrogen
One or more of nitrogen, argon, krypton, and hydrocarbons
And exposing to a plasma. Such a plastic
The organic matter 6 directly exposed to the zuma is decomposed and removed,
The electron emitting portion 24 (a carbon material having a six-carbon ring structure
Between the particles 3) of the electron-emitting member containing
The existing organic substance 6 is partially decomposed to form a carbide 8 (carbon or
Or carbon-based material). This carbide
8 functions as a fixing material, and the electron emitting portions 24 (particles 3)
Is firmly fixed to the first electrode 2. In the above configuration, the graphite particles 3 are charged
Used as the electron emitting portion 24,
The constituent material is not limited to the graphite particles 3.
Material containing a carbon material having a six-carbon ring structure.
Just do it. However, in practice, the electron emitting section 24 is
Consist of aggregates of graphite particles 3 or graphite particles
The inventors of the present application have confirmed that the above is preferable. That is, graphite is shown in FIG.
Although the six-carbon ring has a layered structure as described above,
As a result of the study by
Electrons are emitted from the cut portion of the σ structure in the ring) 15
It was found easy. On the other hand, the surface of the six-carbon ring
It is difficult to emit electrons from the part 16
Also found. Further, as schematically shown in FIG.
In the graphite of the above, the periphery 17 of the particle has a six-carbon ring
It is in a disconnected state (corresponding to 15 in FIG. 7), and from there
Easily emits electrons. Therefore, the graphite particles
3 is uniformly and densely dispersed and coated to form an electron emitting portion 24.
Function to provide a high-density electron emission section 24.
The obtained electron-emitting device can be realized. In addition, graphite particles
The same effect can be obtained with the aggregates of the daughters. The graphite particles 3 or the graphite particles 3
Electron emission involving carbon materials with other six-carbon ring structures
The part 24 is preferably fixed to the first electrode 2
No. In the above description, the first electrode 2 is a chrome electrode
However, the first electrode 2 can generate a carbon compound.
It is more preferable that one or more elements are contained.
According to this configuration, the six charcoal functioning as the electron emission unit 24
Material including carbon material having ring structure and first electrode
In between 2, a carbon compound is easily formed. This result
As a result, the electron emitting portion 24 (particles 3 of the electron emitting member) is
Firmly and mechanically and stably fixed to the first electrode 2
Can be As a result, the first
Electron transfer from the electrode 2 is facilitated, and electron emission characteristics are improved.
improves. (Second Embodiment) FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention.
An embodiment will be described. The basic configuration is the same as that of the first embodiment.
However, in the configuration of the second embodiment shown in FIG.
The electron emitting portion 24 is dispersed and applied on the ROM electrode 3.
The functioning graphite particles 3 have their ends 17 (see FIG. 8).
Direction) (direction of the second electrode (aluminum electrode) 5)
(Ie, the electron emission direction).
(To face the exit direction). As mentioned above, graphite has six carbon rings.
It is a continuous layered structure, and the end 17 of the graphite particles 3
Is the part where the six carbon ring is interrupted (reference number 15 in FIG. 7).
Equivalent to. Therefore, the end 17 of the graphite particles 3
The direction of the aluminum electrode 5 which is the electron emission direction (chromium
According to the configuration of FIG. 9 facing upward (perpendicular to the electrode 2), the graph
The broken six-carbon ring located at the end 17 of the graphite particle 3
Electric field is easily concentrated on the part, and electrons are more likely to be emitted
Become. For this reason, the power is lower than in the first embodiment.
It becomes possible to emit electrons by pressure. Specifically, in the electron-emitting device of this embodiment,
Is 30 V between the chromium electrode 2 and the aluminum electrode 5
Is applied, the electrons from the graphite particles 3
Release begins. Further, by applying a potential difference of 50 V, about 3
0 μA / mmTwoThe electron emission density of was confirmed. Also book
In the configuration of the embodiment, the particles 3 are densely dispersed and arranged.
And emits electrons compared to the first embodiment.
Points (also called "electron emission sites") increase
At the same time, the uniformity of the distribution of electron emission sites was improved. The particles functioning as the electron emitting portion 24
As particles of other materials instead of graphite particles
Even when using it, place a point where electrons are easily emitted
As described above, the
Thus, the same effect as described above can be obtained. For example, the carbon described in the following embodiment
When the electron emission unit 24 is configured using nanotubes
In the case, the tip of the carbon nanotube is
It may be arranged so as to face. (Third Embodiment) FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention.
The structure of the electron-emitting device in the third embodiment is schematically
FIG. Specifically, in the configuration of FIG.
Substrate (quartz glass substrate in this embodiment), 2 denotes first electrode
The electrode (tungsten electrode in this embodiment), 24 is an electron discharge
The protruding portion 14 is a mesh electrode functioning as a second electrode
It is. In this embodiment, the carbon nanotube or
Carbon particles containing aggregates of carbon nanotubes (after
By the carbon nanotube particles 9 described below, electron emission
The outlet 24 is formed. As schematically shown in FIG.
The tube 11 is a needle-like particle composed of six carbon rings.
In addition, the aspect ratio (particle length / particle diameter) is very large.
Therefore, an electric field is generated at the tip of the carbon nanotube 11.
It is easier to concentrate and electrons are easily emitted. At this time,
The tips of the carbon nanotubes 11 are indicated by reference numerals in FIG.
As shown by 11a, the carbon atoms are bonded and closed.
Rather than being there, as shown by reference numeral 11b in FIG.
Efficiency is that the end carbon atom is open.
It is preferable to realize efficient electron emission. The carbon nanotube 11 is placed between the carbon electrodes.
Nanotubes formed by arc discharge
May be produced by refining bulk carbon containing
Alternatively, by a plasma CVD method utilizing a catalytic action
It may be formed. For arc discharge between carbon electrodes (not shown)
The formation process is further described below.
Arc discharge between carbon electrodes installed in a lithium atmosphere
Generate electricity. As a result, part of the carbon electrode
Sputter-deposited to form a carbon film. FIG.
As schematically shown in FIG.
The carbon film 10 contains carbon nano-particles at a rate of about 20%.
A tube 11 is included. These carbon nanotubes
The probe 11 is typically 10 nm in diameter and 2-3 μm in length.
m is a needle-like structure. Note that the carbon film 10 includes
Most of the components other than the carbon nanotubes 11 are carbohydrates.
Particles. In the present embodiment, the film is formed in this manner.
Particles of carbon film 10 containing carbon nanotubes 11
The electron emission portion 24 in the configuration of FIG.
It is used as the particles 9 of the constituent electron-emitting member.
In the following description, the particles 9 thus obtained will be described.
Are also described as carbon nanotube particles 9. The electron-emitting device of this embodiment will be described below.
It is formed by such a process. First, as a first step, a quartz glass substrate
1 on a 200 nm thick RF sputtering method
A tungsten electrode 2 is formed. Next, the second step
The average particle size is 20 μm in 20 cc of isoamine acetate solution.
200mg of carbon nanotube particles
In the solution by wave agitation or agitation using rotating rollers, etc.
Disperse evenly. At this time, carbon nanotube particles
The distribution density of offspring is 6 × 108Pieces / cmTwoIt is. Next,
In step 3, this solution is placed on the tungsten electrode 2.
Apply with spinner, leave at 300 ° C atmosphere for 1 hour and dry
Let dry. Furthermore, as a fourth step, after drying,
1% oxygen on the surface coated with carbon nanotube particles
Exposure to a plasma of hydrogen gas containing. The quartz glass base at this time
The temperature of the plate 1 is, for example, 700 ° C. And the fifth
As a process, a distance of 50 μm is placed above the quartz glass substrate 1.
The mesh-shaped electrodes 14 are installed at a distance from each other. The first to third steps are performed in the first embodiment.
It is basically the same as the corresponding step in the embodiment. Only
However, in the present embodiment, in the fourth step,
The surface of the carbon nanotube particles 9 was heated to a substrate temperature of 7.
At a high temperature of 00 ° C, a hydrogen gas containing 1% oxygen
Expose to Zuma. Under these conditions, carbon particles
Because it is easier to etch than the carbon nanotube 11
Next, as schematically shown in FIG.
Part of the tube 11 has a structure protruding from the particles 9. This
As a result, a strong electric field is applied to the tip of the carbon nanotube 11.
Concentration occurs and electrons are easily emitted. Further, carbon nanotubes formed by arc discharge
The tip of the tube 11 is closed as shown in FIG.
Structure 11a, but in a high-temperature atmosphere at a temperature of 700 ° C.
By exposure to a plasma of hydrogen gas containing
The tip is etched and the tip is opened as shown in FIG.
The structure 11b is released. The tip is open like this
Structure 11b is, in other words, a state in which the six-carbon ring has been cut.
And electrons are emitted as described in the first embodiment.
It is easy to be done. At the same time, the number of electron emission sites also increased
I do. Further, by the above-described plasma treatment, the car
Interface between carbon nanotube particles 9 and tungsten electrode 2
Then, tungsten carbide (W) which is a carbon compound
C) is formed. By this carbon compound, carbon
The nanotube particles 9 are fixed to the tungsten electrode 2
You. As a result, the carbon nanotube particles 9 and the tungsten
The contact resistance with the ten electrode 2 is small, and the electrons are stable
Supplied to It should be noted that such a carbon compound is generated
Therefore, the material of the first electrode 2 is limited to tungsten.
Other materials such as silicon or titanium
Absent. Further, the first electrode 2 is made of tungsten and copper, or
May be a mixture of tungsten and aluminum.
I don't know. As described above, the carbon nanotube particles
9 raises the electron-emitting device constituting the electron-emitting portion 24.
When formed by the process described above, many
An electron-emitting device capable of stably emitting electrons can be realized. Ingredient
Physically, the voltage applied to the mesh electrode 14 is reduced to 50V.
Electron emission is started, and 50 μA is applied at an applied voltage of 70 V.
/ MmTwoThe electron emission density of was confirmed. Note that the carbon nanotube particles 9 were treated with hydrogen.
The atmosphere exposed to the plasma is the condition described in the present embodiment.
It is not limited to. Mixed into hydrogen during plasma processing
The amount of oxygen to be supplied should be 0.1 atm% to 20 atm%.
Is preferred. The amount of oxygen to be mixed is 0.1atm% or less
In, the etching effect decreases, and carbon nanotubes
It is difficult for a part of 11 to have a structure protruding from the particles 9.
Sometimes, it is difficult to open the tip of the carbon nanotube 11
This is not preferred. On the other hand, if the amount of oxygen
At 0 atm% or more, the etching action becomes strong and excessive
This makes it difficult to control the process conditions. The temperature of the substrate 1 during the plasma processing is
The optimum conditions vary depending on the plasma conditions.
However, when the substrate temperature is 200 ° C. or lower, the etching effect is
It is not preferable because it extremely decreases. Also, the first electrode
Use a material that synthesizes a carbon compound as the constituent material of 2.
If the substrate temperature exceeds the temperature at which the carbon compound can be synthesized,
Preferably, the temperature is maintained. Further, when the substrate temperature is 10
If the temperature exceeds 00 ° C, the etching action becomes too strong
It is not preferable because control of process conditions becomes difficult. In the above description of the present embodiment, the second
The mesh electrode 14 is used as the
Instead, an electrode having the shape as described in the first embodiment is used.
It may be a pole configuration. Further, the mesh-shaped electrode described in this embodiment is used.
The pole 14 is formed when the carbon nanotube particles 9 are used.
The electron emission portion 24 is not limited to the
Can also be used when configuring
It is also possible to use it in the embodiment. (Fourth Embodiment) FIG. 16 shows a fourth embodiment of the present invention.
Configuration of the electron-emitting device in the fourth embodiment is schematically
FIG. Specifically, in the configuration of FIG.
Substrate (glass substrate in this embodiment), 2 is a first electrode
(In this embodiment, an aluminum electrode), 24 denotes electron emission
And 4 are insulating layers (in this embodiment, SiO 2TwoLayer), 5 is the first
2 electrode (aluminum electrode in this embodiment), 13
This is a Si semiconductor layer. The electron emitting section 24 is an electron emitting member
, For example, graphite particles 3. In the electron-emitting device of this embodiment, the substrate 1
A Si semiconductor layer 13 is formed thereon, and is formed thereon.
The first electrode 2 has a substantially multilayer structure.
You. Such an electron-emitting device according to the present embodiment has the first actual
Process described with reference to FIGS. 3 to 6 in the embodiment
In addition, a step of forming a Si semiconductor layer 13 is further added.
It is formed by the following process. First, a plasma CV is placed on a glass substrate 1.
By the D method, a 250 nm-thick Si semiconductor layer 13 (P type: ratio
Resistance 4 × 106Ω · cm). Then, Si half
On the conductor layer 13, a thickness of 500
The aluminum electrode 2 of nm is formed. Next, Isobuti
Methacrylate diluted with butyl carbitol
Graphite particles 400 having an average particle size of 5 μm are added to 20 cc of the liquid.
mg, mixed by ultrasonic or by rotating roller
And disperse them uniformly. At this time, graphite particles
The distribution density of offspring is 2 × 107Pieces / cmTwoIt is. This solution
Is coated on the aluminum electrode 2 with a spinner,
Let dry for 1 hour in an atmosphere of ° C. As a result,
The graphite particles 3 adhere to the luminium electrode 2
You. Furthermore, after drying, the surface coated with graphite particles
Exposing the surface to hydrogen plasma, the surface of graphite particles 3
The remaining organic matter is removed. And SiOTwoLayer 4
(Thickness 15 μm) and aluminum electrode 5 (thickness 0.1
μm) are sequentially formed by a sputtering method, and
Thus, a hole is formed at a predetermined location. Graphite grains
The aluminum electrode 2 to which the element 3 adheres is located in this hole.
Is located. As described above, at least S
One semiconductor layer such as i semiconductor layer 13 or one high resistance layer
By providing the above and forming the first electrode 2 thereon,
If the first electrode 2 has a substantially multilayer structure, this semiconductor
Layer or high resistance layer makes abnormal discharge less likely to occur.
The output current value is stabilized. Specifically, the electric power created by the above process is
In the electron-emitting device, a voltage of 45 V is applied to the aluminum electrode 5.
When the voltage is applied, the emission of electrons starts.
30 μA / mmTwoThe electron emission density of was confirmed. this
At this time, no destruction of the device due to abnormal discharge etc.
The mission current was also very stable. Si semiconductor layer 1
Without 3 the emission current over time is about 50%
However, according to the present embodiment, the variation over time
The variation of the emission current was 10% or less. A semiconductor layer such as the above-described Si semiconductor layer 13
Alternatively, the first electrode 2 is substantially provided by providing at least one high-resistance layer.
The configuration of the multi-layer structure is different from that of the other embodiments of the present specification.
It is also applicable. In the above description, the second electrode and the
An opening is provided at a position corresponding to the electron emitting portion.
Electrodes or mesh electrodes are used.
Instead of these, an opening as described in the following embodiment
The flat electrode without the part is at a predetermined distance from the electron emission part.
It is good also as a structure arrange | positioned at intervals. (Fifth Embodiment) FIG. 17 shows a fifth embodiment of the present invention.
5 schematically shows the structure of an electron-emitting device according to a fifth embodiment.
FIG. As shown in FIG. 17, the electron emission of this embodiment is
The output element functions as a first electrode on the substrate 61.
Conductive layer 51 is formed. On the conductive layer 51
Then, the particles 52 of the electron emission member are fixed by the fixing material 53.
As a result, an electron emission portion 54 is formed. Further, the substrate 6
Electron extraction electrode (second electrode) 5 so as to face 1
5 are arranged. The structure shown in FIG. 17 is generally a diode structure.
Called. In the electron-emitting device having this configuration, electrons
A voltage is applied to the extraction electrode 55 to configure the electron emission section 54.
An electric field is concentrated on the resulting particles 52, and electrons 56
Take out. Here, the electrons 56 are emitted from the electron emitting portion 54 at a time.
In order to uniformly and intermittently emit electrons, electron emission
The particles 52 constituting the portion 54 are formed by the conductive layer (first electrode) 5
Applying and applying to 1 reliably and uniformly, and at high density
It is necessary to wear. In the present embodiment, the particles 52
Is fixed by the fixing material 53, so that it is very stable
The adhesion state can be secured. FIG. 17 shows the vicinity of the conductive layer 51 and the particles 52.
The state in which the fixing material 53 exists only near the side is shown.
It is not limited to this. For example, as shown in FIG.
The fixing material 53 may be present also on the surface of the child 52.
No. However, the fixing material 53 exists on the surface of the particles 52 as described above.
The electron emission point (electron emission site)
If the surface near (g) is also covered with the fixing material 53,
The child is less likely to be released. Therefore, at least particles 52
Surface near the electron emission point (electron emission site), shown
In the configuration of FIG.
That the surface of the particle 52 is exposed without the presence of 3
preferable. In connection with this point, FIG.
As shown, the fixing material on the surface of the particles 52 of the electron emission member
Is removed, and the original electron emission characteristics of the electron emission member are confirmed.
While maintaining sufficient distance between the conductive layer 51 and the particles 52.
The amount of the fixing material 73 remains, and a sufficient fixing property is secured.
It is preferable to realize such a state. Like this
The state is often used as a fixing material 53 in phosphor application or the like.
Is realized by using the vehicle that is the material
You. The vehicle has a proven track record in vacuum use
In addition to the advantage of
This is a preferable material for the fixing material 53 because it can be realized.
You. The electron emission member constituting the electron emission portion 54
Particles 52 may be independent of each other, or
May be in a partially aggregated state. In addition,
The electric layer 51 applies electrons to the particles 52 constituting the electron emission portion 54.
That acts as an electrode that supplies
Composed of a conductive or other thin or thick film
Can be. The conductive layer 51 has a single-layer structure or a multilayer structure.
In any case, the effect of the present invention can be obtained. Also,
If the construction permits, the substrate 61 and the conductive layer 51 are separated.
A dual configuration is also possible. As described above, the particles 52 of the electron-emitting member are
If it is attached to the conductive layer 51 with the fixing material 53, the electron supply
Between the conductive layer (electrode) 51 as a source and the particles 52
As a result, the reliability is increased and the
Contact is established from the conductive layer 51 to the particles 52
Electron injection is performed satisfactorily. In the above description, the electron-emitting device
In place of the above diode configuration,
An extraction electrode having an opening at a location corresponding to
Provided at a predetermined interval from the
A similar effect can be obtained with a triode configuration.
You. (Sixth Embodiment) FIG. 19 shows a sixth embodiment of the present invention.
6 schematically shows the configuration of an electron-emitting device according to the sixth embodiment.
FIG. In the present embodiment, the description will be given in the fifth embodiment.
Electron emission constituting the electron emission portion 54 in the disclosed configuration
The particles of the member are particularly graphite particles 72. The structure of FIG. 19 will be described again.
In the electron-emitting device of the embodiment, a conductive layer
(Electrode) 51 is formed. On the conductive layer 51
Then, the graphite particles 72 are fixed by the fixing material 53.
To form an electron emission portion 54. Further, on the substrate 51
The electron extraction electrodes 55 are arranged so as to face each other.
You. The structure shown in FIG. 19 also generally has a diode structure.
Called. In the electron-emitting device having this configuration, electrons
A voltage is applied to the extraction electrode 55 to configure the electron emission section 54.
The electric field is concentrated on the graphite particles 72 to be formed.
The electron 56 is taken out from. Here, FIG.
The macroscopic state of the particles 72 is schematically shown. This is fine
From a visual point of view, as schematically shown in FIG.
The two-dimensionally expanded carbon ring structure overlaps the layers.
It has a different structure. Also in connection with the first embodiment
As described, the end faces of the graphite particles 72
The broken portion of the σ bond in the six-carbon ring
It is exposed. Therefore, an electric field is applied to the graphite particles 72.
When concentrated, from the exposed part where the σ bond is broken
(In the configuration of FIG. 19, the emission path of the electrons 56 is shown in the drawing.
From its end (as schematically indicated by arrows),
Experiments have shown that many offspring are released. In this regard, the inventors of the present application have conducted
Experimental results on electron emission of graphite particles are shown below.
explain. Specifically, the diode structure described above is used.
In an electron-emitting device having a-7To
An electric field strength of 10 V / μm was obtained in an atmosphere of the rr order.
Voltage so that the emission current is measured.
As a result, the particles of the electron emission member constituting the electron emission portion
When using graphite particles,
The emission current of the radar was obtained. In contrast,
Under the same conditions, Cu, Al, and Ti
OTwoIn any case, the emissivity of nA order
Only the charging current. Thus, the electron emission section
By using graphite particles as material,
More efficient electron emission can be realized. The above-described six particles in graphite particles are used.
The part of the carbon ring where the σ bond is broken may be naturally occurring
Good, or may be formed in a later step. For example, FIG. 21 shows the configuration of FIG.
The normal to the stacking surface is the surface of the conductive layer (electrode) 51.
Graphite arranged almost perpendicular to the surface
A concave portion (cut portion) 722 is formed on the surface (upper surface) of the particle 72.
Is provided. As a result, the sigma
Expose the broken part. This allows this recess
Electrons are easily emitted from the recess 722, and substantially
The vicinity of 722 acts as the electron emitting portion 54
Become. Further, the concave portion 722 is
Selective emission on the surface by selective formation
Can be performed. Further, a structure having a concave portion 722 shown in FIG.
In the formation, the graphite particles 72
Use highly oriented graphite with high ring structure orientation
Then, the above-described effects can be more remarkably obtained. Book
In the experiment conducted by the inventors, the product name "Super
Of graphite sheets known as "fight"
Create concave streaks (cuts) on the surface with a cutter knife
Formed, and the state of electron emission from that part was measured.
In addition to the end face of the graphite sheet, formed above
Confirmed that electrons are emitted from the concave streaks
Was done. Alternatively, the graphite particles 7 as described above
2 instead of mechanically forming a concave portion 722 on the surface
To obtain the same effect by forming
Can be. Further, in the configuration shown in FIG.
The particles 72 are oriented such that their end faces face the electron extraction electrode 55.
Direction (that is, the normal to the lamination surface is
(To be almost parallel to the surface of (electrode) 51),
It is fixed on the conductive layer 51 by a fixing material 53. The graphite particles are shown in FIG.
FIG. 20 (b) schematically shows the microscopic laminated structure.
It often takes a flat shape as shown. For this reason, conductive
When the graphite particles 72 are applied on the layer 51,
The normal to the lamination surface is substantially flat with the normal to the surface of the conductive layer 51.
Often a row. In such a case,
The most contributing graphite end face is the electron extraction electrode 5
5, the σ of the six-carbon ring exposed on the end face
Concentration of the electric field at the disconnected point becomes inefficient. On the other hand, as shown in FIG.
The end surface of the fight particle 72 faces the electron extraction electrode 55.
Such an arrangement (ie, the normal to the stacking plane is conductive)
(Arrangement substantially parallel to the surface of the layer (electrode) 51)
This effectively concentrates the electric field on the end face.
As a result, the electron emission efficiency can be improved. In the structure shown in FIG.
The particles 72 have a high orientation with a high orientation of the six-carbon ring structure.
When directional graphite is used, the above-mentioned effects are more remarkable.
Will be obtained. Further, in the configuration shown in FIG.
Substrate 6 having an uneven shape on the surface instead of substrate 61
2, the conductive layer 51 is provided on the uneven shape.
I have. The graphite particles 72 as an electron emitting member are:
It is installed along this uneven shape, and further above it, the electron
An extraction electrode 55 is provided. In such a configuration, the graphite particles 7
2 is fixed along the uneven shape of the surface of the substrate 62.
Accordingly, the end face is inevitably connected to the electron extraction electrode 55.
It is fixed toward. This gives the sigma-
Of the graphite particles 72 where the cut portion is exposed
The end face is opposed to the electron extraction electrode 55
Effectively generate electric field concentration and improve electron emission efficiency
I do. In the structure shown in FIG.
As the particles 72, the orientation of the six-carbon ring structure is high.
The use of oriented graphite further enhances the above-mentioned effects.
You will be able to obtain it. As a method for forming the above-mentioned uneven shape,
Is roughening or blasting of the substrate surface by etching.
A known method such as roughening of the substrate surface by
Just do it. Alternatively, it can be led to the substrate surface
Forming a conductive layer, thereby indirectly shaping the conductive layer
Instead of forming a conductive layer, a conductive layer is formed on a flat substrate surface.
After that, irregularities are provided directly on the surface of the conductive layer.
Can also obtain the same effect as described above. In the above description, the electron-emitting device
In place of the above diode configuration,
An extraction electrode having an opening at a location corresponding to
Provided at a predetermined interval from the
A similar effect can be obtained with a triode configuration.
You. The existence of the fixing material 53 in the above description is not limited.
The presence status is not limited to those specifically illustrated above.
The actual electron emission point from the graphite particles 72 is fixed.
Other forms may be used as long as the material is not covered.
For example, as schematically shown in FIG.
The adhesive material on the surface of the element 72 is removed, and the
While the conventional electron emission characteristics are ensured,
As schematically shown in an enlarged view in FIG.
Between the graphite particles 72 and a sufficient amount of the adhesive 73
Remains in a state where sufficient adhesion is secured.
Preferably, it is manifested. Such a state is caused by the fixing material 5
3. Bee, which is a material frequently used for phosphor coating, etc.
This is achieved by using a loop. (Seventh Embodiment) In the present embodiment,
Electron emission including the preferred application process of the fixing material described in
An example of a device manufacturing process will be described. In order to easily apply the fixing material 53,
The particles 52 functioning as an electron emission member are attached to the fixing material 53.
The mixed and mixed solution is, for example, spin-coated or
It is preferable to perform a step of applying by a printing method or the like. this
According to such a method, the coating uniformity of the adhesive is greatly improved.
In addition, due to the appropriate viscosity of the solution,
One and high density. As a result, uniform and stable
It is possible to obtain an electron emission state. Referring to FIGS. 24A to 24C, specific examples will be described.
A simple coating process will be described. First, as shown in FIG.
The conductive layer 51 is formed on the substrate 1. Next, the formed conductive
On the layer 51, as shown in FIG.
A mixed solution of the material particles 52 and the fixing material 53 is dropped and applied.
After drying, it is further dried. As a result, FIG.
As shown in FIG. 5, particles 52 are fixed on the conductive layer 51.
You. As a result, the particles 52 are deposited on the conductive layer 51 at high density and high density.
And evenly and stably adhere,
Emission current can be made uniform and stable. Note that, as shown in FIG.
The formed substrate 61 is placed on a turntable 80 and rotated.
The mixed solution of the particles 52 and the fixing material 53 is dropped while coating.
If the spinner coating is performed, the coating of the particles 52 is performed.
Cloth uniformity is further increased. By the way, when applying the fixing material 53,
The particles 52 of the electron emission member are securely fixed to the conductive layer 51.
On the other hand, the fixing material 53 is
The particles 52 do not remain on the surface near the electron emission site.
And is important. As described above, the particles 5 of the electron emission member
To apply the method of mixing and applying the adhesive 2 and the bonding material 53
In particular, the fixing material 53 satisfies the above requirements.
It is preferable to have such characteristics. On the other hand, as already described,
As 53, for example, a material that is frequently used in phosphor coating or the like
If you use a vehicle that is
Characteristics can be reliably ensured. Specifically, a vehicle is used as a fixing material.
In this case, after the application step shown in FIG.
When dried at 1 ° C. for 1 hour, it is shown in FIG.
As described above, the fixing material (bead) on the surface of the particles 52 of the electron emission member
Is removed, and the original electron emission characteristics of the electron emission member are removed.
Nature is secured. On the other hand, the conductive layer 51 and the particles 52
In between, a sufficient amount of the fixing material (vehicle) 73 remains.
As a result, sufficient fixability is secured. The particle surface may be dried or heat-treated.
If the fixed material cannot be removed,
The post-treatment removes the adhesive at unnecessary locations. This
At this time, the particles of the electron-emitting member may be damaged by post-processing.
It is preferable to use a material that is difficult to receive. For example, carbon
Since the material has high sputter resistance, plasma treatment
Hardly damaged even after post-treatment. (Eighth Embodiment) FIG. 26 shows the eighth embodiment of the present invention.
8 shows a schematic sectional view of an image display device as an eighth embodiment.
You. Specifically, in the configuration shown in FIG.
The electron-emitting device 211 according to FIG.
A plurality of substrates are formed on the substrate 212a serving as
A source 224. 213 is an image forming unit;
For example, acceleration / bias of electrons from the electron-emitting device 211
Electronic drive electrode 213a for driving / controlling direction / modulation
And fireflies applied to the inner surface of a part 212b of the envelope 212.
And a phosphor 213b.
The image is displayed by causing 213b to emit light. Note that especially shown
Not input to each of the plurality of electron-emitting devices 211
A circuit for supplying signals is further provided.
The emission of electrons from the emission element 211 is the input signal to each
Is configured to be controlled in accordance with Here, the electron emission source 211 of the present invention is used.
Stable and time-saving at low voltage due to the use of electron-emitting devices
Extraction of emission current that is stable in terms of location and location
Therefore, a high-quality image display device can be realized. FIGS. 27A to 27D show the present embodiment.
1 is a schematic process diagram of a method for manufacturing an image display device. First, as shown in FIG.
The substrate 212a, which also functions as a part of the electron-emitting device 212,
A plurality of output elements 211 are formed, and the electron emission source 224 is configured.
To achieve. An electronic drive which is a part of the image forming unit 213
A moving electrode 213a is provided (FIG. 27 (b)).
A part 212b of the envelope in which the phosphor 213b is applied is provided.
(FIG. 27 (c)). Finally, inside the envelope 212
Is evacuated, and an image table according to the present embodiment shown in FIG.
The display device is manufactured (FIG. 27D). Thus, the electron-emitting device of the present invention can be used.
Image display device can be manufactured.
Thus, a high-quality image display device can be manufactured. (Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.
As an embodiment, the electron-emitting device of the present invention described above
Will be described. Figure
Reference numeral 28 denotes a configuration of the electron emission source 322 in the present embodiment.
It is a figure which shows typically. The electron emission sources 322 are electrically connected to each other.
X-direction wirings X1 to Xm (reference number 3)
20), and similarly electrically insulated from each other
A plurality of Y-direction wirings Y1 to Yn (collectively referred to by reference numeral 321).
To a distance of about 50 μm in the direction orthogonal to each other.
Place them apart. Then, the X direction wiring 320 and the Y direction
The electron emitting element according to the present invention is provided at each intersection 328 of the wiring 321.
At each intersection 328 so that a child is formed.
On the X-direction wiring 320 intersecting with the wiring 321,
A plurality of electron-emitting portions 311 containing ring-shaped carbon
Place each one. Thus, a plurality of electron-emitting devices
(In the following, the same reference number 328 as the intersection is used)
Are arranged two-dimensionally and wired in a simple matrix.
The configuration of the electron emission source 322 of the embodiment is obtained. The X-direction wiring 320 and the Y-direction wiring 321
The numbers (ie the values of m and n) are limited to specific values
Not. For example, m and n are the same as 16 × 16.
May be the same number, or m and n may be different numbers.
No. According to the configuration of the electron emission source 322 in FIG.
For example, a voltage applied to the Y-direction wiring 321 is used as an input signal,
The total amount of electron emission can be controlled. that time
Next, the voltage value applied to each electron-emitting device 328 is changed.
As a result, the amount of electron emission can be modulated. Further, the electron emission source 3 having the configuration shown in FIG.
Reference numeral 22 denotes an electron emission efficiency as compared with the configuration according to the related art.
And the change with time of the electron emission amount is small. FIG.
8 with respect to the electron-emitting devices 328 arranged two-dimensionally
To provide an input signal having distributions in the X and Y directions.
Then, an electron emission distribution corresponding to the distribution of the input signal is obtained.
Can be As described above, the electron emission source 32 of the present embodiment is
According to 2, there are many high-efficiency electron-emitting devices 328
Large electron emission current with small applied power
Can be Also, the electron emission area can be set wide.
You. Further, the individual electron-emitting devices 328 are controlled according to the input signal.
Can control the amount of electron emission from
It is possible to obtain a cloth. (Tenth Embodiment) In the tenth embodiment,
The electron emission source 322 manufactured in the ninth embodiment is used.
Image display device that emits phosphors
I will tell. FIG. 29 illustrates a configuration of the image display device according to the present embodiment.
FIG. The image display device shown in FIG.
Electron emission source configured with simple matrix wiring of output elements
322 (see ninth embodiment). At this time,
Included in the electron emission source 322 as described in the embodiment.
The individual electron-emitting devices 328 are selectively driven independently.
Can be moved. The electron emission source 322 includes a back plate 323.
And face it so that it faces
Plate 324 is supported by side plate 327
Placed and arranged to form a container (enclosure)
I have. The inner surface of the face plate 324 (back
The surface facing the rate 323) includes the transparent electrode 325 and
A phosphor 326 is formed. Face plate 324, back plate
323 and a container composed of side plates 327
Need to keep the inside of the vacuum. Therefore, each
Joints between plates are sealed to prevent vacuum leakage
Is done. In this embodiment, the frit glass is placed in a nitrogen atmosphere.
It is baked at a temperature of about 500 ° C. and sealed. Sealing
Later, the interior of the container formed by each plate is
Oilless exhaust such as ion pumps while heating
About 1 × 10 by pump-7High vacuum atmosphere over Torr
And then finally sealed. This true
Getter (not shown) in container to maintain emptiness
Is arranged. The phosphor 3 on the inner surface of the face plate 324
26 has a black stripe arrangement, for example,
It is formed by a printing method. On the other hand, the transparent electrode 325 is
To apply a bias voltage to accelerate electrons
Electrode, for example, RF sputtering
It is formed by a ring method. Alternatively, for accelerating the emitted electrons
As a configuration, such a transparent electrode 325 (drawing electrode
Pole) instead of a very thin surface on the phosphor 326
There is a method of providing a hard metal back. In this configuration
Also, the effect of the present embodiment can be effectively obtained. In the image display device having such a configuration,
A predetermined driving circuit (not shown) from the outside, X-side wiring 320 and
And Y-side wiring 321 (see FIG. 28 in the ninth embodiment).
Input signal to each electron-emitting device 328
Is applied. Thereby, each electron-emitting device 328
Of the phosphor 3 by the emitted electrons.
26 emits light in a predetermined pattern. With this, high brightness
Flat panel display that can display high-definition images
An image display device like a play can be obtained. The container formed by each plate
Is not limited to the configuration described above.
For example, to secure sufficient strength against atmospheric pressure,
Between the base plate 324 and the back plate 323,
Further, a configuration in which a support is provided may be employed.
In addition, the focus of the emitted electron beam is further improved
The electron emission source 322 and the face plate 32
4 and a focus electrode (aperture control electrode)
It is also possible to adopt an installed configuration. As described above, the image table in the present embodiment
The display device includes at least a plurality of electron-emitting devices 328.
Image forming unit such as an electron emission source 322 and a phosphor 326
Material and these electron emission sources 322 and image forming members are evacuated.
And a container for holding the electronic device in response to an input signal.
Emitted from the emission source 322 (each electron emission element 328)
The electrons are accelerated and irradiated on the image forming member (phosphor 326).
Thus, an image is formed. In particular, as an electron emission source,
According to the present invention, which is capable of emitting electrons with high efficiency and high stability
By arranging the electron emission source 322, controllability is improved.
The phosphor 326 can emit light with high luminance. The various embodiments of the present invention have been described above.
However, the features described individually in each embodiment are appropriately combined.
Is possible. Constituent materials and formation of members used
The method can be changed as appropriate. Further, in the present invention, the second electrode
The counter electrode (electron extraction electrode) is a part of the electron-emitting device
Or may be included in the electron-emitting device.
It may be provided as a separate component member. [0135] As described above, according to the present invention, six carbon
Particles containing carbon material having ring structure or their aggregation
By forming the electron emission part using the body, it is efficient and
Highly stable electron emission that can uniformly emit electrons
An output element is obtained. In particular, six-carbon
Carbon material with a broken ring structure (eg graph
And carbon nanotubes).
By configuring the electron emission section by
Can emit a large emission current.
Can be Further, a plurality of electron-emitting devices according to the present invention are provided.
Used, for example, by arranging them in a two-dimensional array
Electron emission sources that can expand the electron emission area
Become. At this time, each electron emission source constituting the electron emission source is
If the electrical connection to the output element is set properly,
Controls the amount of electron emission of each electron-emitting device according to the signal
It is possible to obtain an arbitrary electron emission distribution or
It is possible to reduce the force. Further, the above-described electron-emitting device (electron-emitting device)
Source) and an image forming unit that forms an image by being irradiated with electrons
High brightness with good controllability by combining with materials
Image display device capable of causing an image forming member to emit light
(For example, a flat panel display). According to the present invention, the structure of the electron emitting portion
It has a structure in which six carbon rings are interrupted, which is very suitable as a material.
Carbon material (for example, graphite or carbon nano
Tube) in a form that can function as an electron-emitting portion.
It can be arranged on a given surface with good reproducibility and at any density. this
This makes it easy to form highly efficient electron-emitting devices.
Can be. Furthermore, in another electron-emitting device according to the present invention,
Particles of the electron-emitting member are added to the conductive layer that functions as an electron source.
Is fixed with a fixing material, so that it is stable and
A highly reliable fixing state is realized,
The flow can be stabilized. When applying the fixing material, the electron emission
By using a solution in which the particles of the member are mixed in the fixing material
Therefore, depending on the appropriate viscosity, for example, spin coating
It becomes possible to apply. As a result,
Particles or particle agglomerates because easy application is achieved
Uniform and high-density dispersed arrangement of electron-emitting parts consisting of
To achieve uniform emission conditions and
High density, easy formation of highly efficient electron-emitting devices
Becomes possible.

【図面の簡単な説明】 【図1】従来技術による冷陰極型電子放出素子の構成を
模式的に示す図である。 【図2】本発明の第1の実施形態における電子放出素子
の構成を模式的に示す図である。 【図3】本発明の第1の実施形態における電子放出素子
の製造プロセスのある工程を説明するための図である。 【図4】本発明の第1の実施形態における電子放出素子
の製造プロセスのある工程を説明するための図である。 【図5】本発明の第1の実施形態における電子放出素子
の製造プロセスのある工程を説明するための図である。 【図6】本発明の第1の実施形態における電子放出素子
の製造プロセスのある工程を説明するための図である。 【図7】グラファイトの層状構造を模式的に示す図であ
る。 【図8】グラファイト粒子の構造を模式的に示す図であ
る。 【図9】本発明の第2の実施形態における電子放出素子
の構成を模式的に示す図である。 【図10】本発明の第3の実施形態における電子放出素
子の構成を模式的に示す図である。 【図11】カーボンナノチューブの構造を模式的に示す
図である。 【図12】カーボンナノチューブの先端部の閉じた状態
を模式的に示す図である。 【図13】カーボンナノチューブの先端部の開放された
状態を模式的に示す図である。 【図14】カーボンナノチューブを含むカーボン膜の状
態を模式的に示す図である。 【図15】カーボンナノチューブを含む粒子の状態を模
式的に示す図である。 【図16】本発明の第4の実施形態における電子放出素
子の構成を模式的に示す図である。 【図17】本発明の第5の実施形態における電子放出素
子の構成を模式的に示す図である。 【図18】本発明の第5の実施形態における電子放出素
子の他の構成を模式的に示す図である。 【図19】本発明の第6の実施形態における電子放出素
子の構成を模式的に示す図である。 【図20】(a)及び(b)は、グラファイトの微視的
構成及び巨視的構成を、それぞれ模式的に示す図であ
る。 【図21】本発明の第6の実施形態における電子放出素
子の他の構成を模式的に示す図である。 【図22】本発明の第6の実施形態における電子放出素
子の更に他の構成を模式的に示す図である。 【図23】本発明の第6の実施形態における電子放出素
子の更に他の構成を模式的に示す図である。 【図24】(a)〜(d)は、本発明における電子放出
素子の製造プロセスの各工程を説明するための図であ
る。 【図25】本発明における電子放出素子の他の製造プロ
セスのある工程を説明するための図である。 【図26】本発明の第8の実施形態における画像表示装
置の構成を模式的に示す断面図である。 【図27】(a)〜(d)は、図26の画像表示装置の
製造プロセスの各工程を説明するための図である。 【図28】本発明の第9の実施形態における電子放出源
の構成を模式的に示す図である。 【図29】本発明の第10の実施形態における画像表示
装置の構成を模式的に示す図である。 【図30】本発明の第6の実施形態における電子放出素
子の更に他の構成を模式的に示す図である。 【符号の説明】 1 基板 2 電極 3 電子放出部材の粒子(グラファイト粒子) 4 絶縁層 5 電極 6 有機物 7 プラズマ 8 炭化物 9 電子放出部材の粒子(カーボンナノチューブ粒子) 10 カーボン膜 11 カーボンナノチューブ 13 Si半導体層 14 メッシュ状電極 24 電子放出部 51 導電層(電極) 52 電子放出部材の粒子 53 固着材 54 電子放出部 55 電子引き出し電極 56 電子 61 基板 72 電子放出部材の粒子(グラファイト粒子) 73 固着材 111 基板 112 導電層 113 ダイヤモンド粒子 114 電子放出部 211 電子放出素子 212 外囲器 213 画像形成部 224 電子放出源 311 電子放出部 320 X方向配線 321 Y方向配線 322 電子放出源 323 バックプレート 324 フェースプレート 325 透明電極 326 蛍光体 327 サイドプレート 328 電子放出素子
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a conventional cold-cathode electron-emitting device. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining a certain step in the manufacturing process of the electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view for explaining a certain step in the manufacturing process of the electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view for explaining a certain step in the manufacturing process of the electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view for explaining a certain step in the manufacturing process of the electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram schematically showing a layered structure of graphite. FIG. 8 is a diagram schematically showing the structure of graphite particles. FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electron-emitting device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of an electron-emitting device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram schematically showing a structure of a carbon nanotube. FIG. 12 is a view schematically showing a closed state of a tip portion of a carbon nanotube. FIG. 13 is a diagram schematically showing a state in which a tip portion of a carbon nanotube is opened. FIG. 14 is a diagram schematically showing a state of a carbon film containing carbon nanotubes. FIG. 15 is a diagram schematically showing a state of particles containing carbon nanotubes. FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electron-emitting device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 17 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electron-emitting device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 18 is a view schematically showing another configuration of the electron-emitting device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electron-emitting device according to a sixth embodiment of the present invention. FIGS. 20 (a) and (b) are diagrams schematically showing a microscopic configuration and a macroscopic configuration of graphite, respectively. FIG. 21 is a view schematically showing another configuration of the electron-emitting device according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 22 is a diagram schematically showing still another configuration of the electron-emitting device according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 23 is a view schematically showing still another configuration of the electron-emitting device according to the sixth embodiment of the present invention. FIGS. 24A to 24D are views for explaining each step of the manufacturing process of the electron-emitting device according to the present invention. FIG. 25 is a view for explaining a certain step in another manufacturing process of the electron-emitting device according to the present invention. FIG. 26 is a sectional view schematically showing a configuration of an image display device according to an eighth embodiment of the present invention. 27 (a) to (d) are views for explaining each step of a manufacturing process of the image display device of FIG. 26. FIG. 28 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electron emission source according to a ninth embodiment of the present invention. FIG. 29 is a diagram schematically illustrating a configuration of an image display device according to a tenth embodiment of the present invention. FIG. 30 is a view schematically showing still another configuration of the electron-emitting device according to the sixth embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Electrode 3 Electron emission member particles (graphite particles) 4 Insulating layer 5 Electrode 6 Organic matter 7 Plasma 8 Carbide 9 Electron emission member particles (carbon nanotube particles) 10 Carbon film 11 Carbon nanotube 13 Si semiconductor Layer 14 Mesh-shaped electrode 24 Electron emission portion 51 Conductive layer (electrode) 52 Particles of electron emission member 53 Fixing material 54 Electron emission portion 55 Electron extraction electrode 56 Electron 61 Substrate 72 Particles of electron emission member (graphite particles) 73 Fixing material 111 Substrate 112 Conductive layer 113 Diamond particles 114 Electron emission section 211 Electron emission element 212 Enclosure 213 Image forming section 224 Electron emission source 311 Electron emission section 320 X direction wiring 321 Y direction wiring 322 Electron emission source 323 Back plate 324 Face plate 325 Transparent electrode 32 6 phosphor 327 side plate 328 electron-emitting device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出口 正洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 北畠 真 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Masahiro Deguchi             Matsushita Electric, 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka             Sangyo Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Kitabatake             Matsushita Electric, 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka             Sangyo Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 第1の電極と、前記第1の電極上に配置
された電子放出部とを備えた電子放出素子であって、 前記電子放出部が、粒子もしくはその凝集体から構成さ
れ、 前記粒子が、六炭素環構造を有する、グラファイトを主
成分とするカーボン材料を含んでおり、 前記電子放出部は、前記グラファイトの積層面に対する
法線が前記第1の電極の表面にほぼ平行になるような状
態で前記第1の電極の上に配置されていることを特徴と
する電子放出素子。 【請求項2】 第1の電極と、前記第1の電極上に配置
された電子放出部とを備えた電子放出素子であって、 前記電子放出部が、粒子もしくはその凝集体から構成さ
れ、 前記粒子が、2次元的に拡がった六炭素環構造が層状に
重なった構造を有する、高配向性グラファイトを主成分
とするカーボン材料を含んでいることを特徴とする電子
放出素子。 【請求項3】 第1の電極と、前記第1の電極上に配置
された電子放出部とを備えた電子放出素子であって、 前記電子放出部が、粒子もしくはその凝集体から構成さ
れ、 前記粒子が、σ結合の切断部を有する六炭素環構造のカ
ーボン材料を含んでいる請求項2記載の電子放出素子。 【請求項4】 前記六炭素環構造におけるσ結合の切断
部が電子放出方向に向いた状態で第1の電極の上に配置
されている請求項3に記載の電子放出素子。 【請求項5】 前記粒子もしくはその凝集体から構成さ
れた電子放出部が、固着材によって前記第1の電極に固
着されている請求項2から4のいずれかに記載の電子放
出素子。 【請求項6】 前記固着材は、前記第1の電極の表面に
おける前記電子放出部の固着箇所のみに存在し、前記第
1の電極の表面のその他の部分には存在しない請求項5
に記載の電子放出素子。 【請求項7】 前記固着材がビークルである請求項5ま
たは6に記載の電子放出素子。 【請求項8】 前記電子放出部の近傍に設置された第2
の電極を更に備えることを特徴とする請求項2から7
いずれかに記載の電子放出素子。 【請求項9】 前記第1の電極が、炭素化合物を生成可
能な元素を含む、請求項2から8のいずれかに記載の電
子放出素子。 【請求項10】 前記第1の電極が、少なくとも半導体
層を1層以上含む多層構造を有することを特徴とする
求項2から9のいずれかに記載の電子放出素子。 【請求項11】 所定のパターンに配置された複数の電
子放出素子と、 前記複数の電子放出素子の各々に入力信号を供給する手
段とを備えた電子放出源であって、 前記複数の電子放出素子の各々は、請求項1から10
いずれかに記載した電子放出素子であって、 前記複数の電子放出素子が、各々への前記入力信号に応
じてそれぞれ電子を放出するように構成されていること
を特徴とする電子放出源。 【請求項12請求項11に記載の電子放出源と、前
記電子放出源から放出された電子に照射されて画像を形
成する画像形成部材とを備えることを特徴とする画像表
示装置。
Claims: 1. An electron-emitting device comprising: a first electrode; and an electron-emitting portion disposed on the first electrode, wherein the electron-emitting portion is a particle or a particle thereof. The electron emission portion is formed of an aggregate, the particles have a hexacarbon ring structure, and include a carbon material containing graphite as a main component. An electron-emitting device, wherein the electron-emitting device is disposed on the first electrode so as to be substantially parallel to a surface of the electron-emitting device. 2. An electron-emitting device comprising: a first electrode; and an electron-emitting portion disposed on the first electrode, wherein the electron-emitting portion is formed of particles or an aggregate thereof. The particles have a two-dimensionally expanded six-carbon ring structure
An electron-emitting device comprising a carbon material having an overlapped structure and containing high-orientation graphite as a main component. 3. An electron-emitting device comprising: a first electrode; and an electron-emitting portion disposed on the first electrode, wherein the electron-emitting portion is composed of particles or an aggregate thereof. The electron-emitting device according to claim 2 , wherein the particles include a carbon material having a six-carbon ring structure having a cut portion of a σ bond. 4. The electron emission device of claim 3 in which the cutting portion of the coupling σ in the six carbon ring structure is disposed on the first electrode in a state facing the electron emission direction. 5. The electron emitting portion composed of the particles or their agglomerates, electron-emitting device according to any one of claims 2 to 4 of which are fixed to the first electrode by a fixing member. Wherein said anchoring member, said the at the surface of the first electrode exists only in fixed locations of the electron-emitting portion, wherein absent from the other portions of the surface of the first electrode according to claim 5
3. The electron-emitting device according to item 1. 7. The fixing device according to claim 5 , wherein the fixing material is a vehicle.
7. The electron-emitting device according to item 6 . 8. A second installed in the vicinity of the electron emission portion
The electron-emitting device according to any one of claims 2 to 7 , further comprising: Wherein said first electrode includes generating element capable of a carbon compound, the electron-emitting device according to any one of claims 2 8. Wherein said first electrode is characterized by having a multilayer structure including at least a semiconductor layer one or more layers
10. The electron-emitting device according to claim 2. 11. An electron emission source comprising a plurality of electron-emitting elements arranged in a predetermined pattern, and means for supplying an input signal to each of the plurality of electron-emitting devices, said plurality of electron emission Each of the elements is the electron-emitting element according to any one of claims 1 to 10 , wherein the plurality of electron-emitting elements emit electrons in response to the input signal to each of the elements. An electron emission source. 12. An image display apparatus comprising: the electron emission source of claim 11, and an image forming member for forming an image is irradiated to the electrons emitted from the electron emission source.
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