JP2002075166A - Electron emission device, electron source and image- forming apparatus - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emission device, an electron source and an image-forming apparatus which can improve electron emission efficiency and focusing characteristics of emitted electron trajectories. SOLUTION: A conductive layer 5 is formed on a emitter material 4, so as to expose only an edge 41 on an extraction electrode side 2 and cover other edges 42, 43, 44.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子の放出を行う
電子放出素子、およびこれを用いた電子源、及びこれを
用いた画像形成装置に関するものである。なお、本発明
の画像形成装置は、テレビジョン放送を表示する装置、
テレビ会議システムやコンピューター等の表示装置の
他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンター等
の画像形成装置として用いることができるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device for emitting electrons, an electron source using the same, and an image forming apparatus using the same. Note that the image forming apparatus of the present invention is an apparatus for displaying a television broadcast,
The present invention can be used as an image forming apparatus such as an optical printer configured using a photosensitive drum or the like, in addition to a display device such as a video conference system and a computer.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、金属に対し１０⁶Ｖ／ｃｍ以上の
強電界をかけて金属表面から電子を放出させる電界放出
型（ＦＥ型）電子放出素子が冷電子源の一つとして注目
されている。2. Description of the Related Art Heretofore, a field emission (FE) electron-emitting device which emits electrons from a metal surface by applying a strong electric field of 10 ⁶ V / cm or more to a metal has attracted attention as one of the cold electron sources. I have.

【０００３】近年、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、液晶を用いた平板型表示装置がＣＲＴに替わっ
て普及してきたが、自発光型でないため、バックライト
を持たなければならない等の問題点があり、自発光型表
示装置が望まれてきた。In recent years, in image forming apparatuses such as display apparatuses, flat panel display apparatuses using liquid crystal have become widespread in place of CRTs. However, since they are not self-luminous, they must have a backlight. However, a self-luminous display device has been desired.

【０００４】ＦＥ型の冷電子源が実用化されれば、薄型
の自発光画像表示装置が可能となり、消費電力の低減や
軽量化にも貢献する。If an FE type cold electron source is put into practical use, a thin self-luminous image display device can be realized, which contributes to reduction in power consumption and weight.

【０００５】縦型ＦＥ型の例としては、図１３に示すよ
うにエミッター１３５が基板１３１から略鉛直方向に円
錐あるいは四角錐の形状をなしたもの、例えばＣ．Ａ．
Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉ
ｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂ
ｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
（以下スピント型）が知られている。As an example of a vertical FE type, as shown in FIG. 13, an emitter 135 has a shape of a cone or a pyramid in a substantially vertical direction from a substrate 131, for example, C.I. A.
Spindt, "Physical Propertyi
es of thin-film field emi
session cathodes with mollyb
denum cones ", J. Appl. Phys.
s. , 47, 5248 (1976) and the like (hereinafter, Spindt type) are known.

【０００６】また、炭素繊維を用いた横形ＦＥの例とし
ては先端が先鋭化されたエミッター電極と、エミッタ−
電極先端から電子を引き出すゲート電極とが基板と平行
に形成され、ゲート電極とエミッタ−電極とが対向する
方向と直行した方向にコレクタ（本件ではアノードと呼
ぶ）が構成されたものがある。繊維状カーボンを用いた
電子放出素子の例としては、特開平８−１１５６５２号
公報に、有機化合物ガスを用いて微細な触媒金属上で熱
分解を行い、繊維状カーボンを、微細な間隙に堆積させ
た構成が開示されている。[0006] Examples of a horizontal FE using carbon fibers include an emitter electrode having a sharpened tip and an emitter electrode.
In some cases, a gate electrode for extracting electrons from the electrode tip is formed in parallel with the substrate, and a collector (referred to as an anode in this case) is formed in a direction perpendicular to a direction in which the gate electrode and the emitter-electrode face each other. As an example of an electron-emitting device using fibrous carbon, JP-A-8-115652 discloses that an organic compound gas is used to perform thermal decomposition on a fine catalytic metal to deposit fibrous carbon in fine gaps. The disclosed configuration is disclosed.

【０００７】従来技術に係る電子放出素子のビーム形状
について図１３、１４を用いて説明する。The beam shape of an electron-emitting device according to the prior art will be described with reference to FIGS.

【０００８】上述した従来技術に係るスピント型の電子
放出素子を示す図１３において、１３１は基板、１３２
はエミッター電極、１３３は絶縁層、１３４はゲート、
１３５はエミッター電極１３２に接続されたエミッター
である。エミッター１３５とゲート１３４間にＶｆを印
加すると、エミッター１３５の突起先端の電界が高ま
り、電子がコーン先端近傍から真空中に取り出される。In FIG. 13 showing the above-mentioned Spindt-type electron-emitting device according to the prior art, reference numeral 131 denotes a substrate;
Is an emitter electrode, 133 is an insulating layer, 134 is a gate,
135 is an emitter connected to the emitter electrode 132. When Vf is applied between the emitter 135 and the gate 134, the electric field at the tip of the projection of the emitter 135 is increased, and electrons are taken out of the vicinity of the cone tip into a vacuum.

【０００９】エミッター先端の電界はエミッター先端の
形状に沿うように、ある有限の面積を持って形成される
ため、取り出される電子はエミッター先端の有限の面積
から電位に対して、鉛直方向に引き出される。Since the electric field at the tip of the emitter is formed with a certain finite area so as to follow the shape of the tip of the emitter, electrons to be taken out are extracted vertically from the finite area of the tip of the emitter with respect to the potential. .

【００１０】この時、様々な角度を持つ電子も放出され
る。その結果、大きな角度成分を持つ電子は結果的にゲ
ート１３４に形成された孔内周面の方向に引き出され
る。At this time, electrons having various angles are also emitted. As a result, electrons having a large angle component are eventually drawn out toward the inner peripheral surface of the hole formed in the gate 134.

【００１１】その結果、円形の孔が形成されている場合
に、図中アノード１３６上に得られる電子分布は、ほぼ
円形のビーム形状１３７が得られる。つまり得られるビ
ームの形状は引き出すゲートの形状及びエミッターとの
距離に密接に関係していることを示している。As a result, when a circular hole is formed, the electron distribution obtained on the anode 136 in the drawing has a substantially circular beam shape 137. In other words, it shows that the shape of the obtained beam is closely related to the shape of the gate to be extracted and the distance to the emitter.

【００１２】電子の引出し方向をそろえた従来技術とし
て図１４に示すような横型ＦＥの構成がある。As a prior art in which the directions in which electrons are extracted are aligned, there is a configuration of a horizontal FE as shown in FIG.

【００１３】図１４において、１４１は基板、１４２は
エミッター電極、１４３は絶縁層、１４４はゲート、１
４５はエミッターで、また、アノード１４６がエミッタ
ーおよびゲートが設置されている基板と対向した基板上
に設けられている。In FIG. 14, 141 is a substrate, 142 is an emitter electrode, 143 is an insulating layer, 144 is a gate,
Reference numeral 45 denotes an emitter, and an anode 146 is provided on a substrate facing the substrate on which the emitter and the gate are provided.

【００１４】このように構成される横型ＦＥの構成の場
合には、エミッター１４５から放出された電子の一部は
真空中に取り出されるが、残りはゲート１４４に取り込
まれる。In the case of the horizontal FE configured as described above, a part of the electrons emitted from the emitter 145 is taken out into a vacuum, while the rest is taken into the gate 144.

【００１５】図１４に示す構成の場合には、アノード１
４６の向かう電界ベクトルの方向に対して、電子放出を
行う電界ベクトル（エミッター１４５からゲート１４４
に向かう電界）が異なる方位を持つ。その結果、電子分
布（電子ビームスポット）が大きくなる。そのため、横
型ＦＥ型電子放出素子におけるビーム収束手段として
は、特開平０９−０６３４６１に開示されているよう
に、収束電極を電子放出部と同一平面上に配置した構造
等が提案されているが、これらには作製方法の複雑さ
や、素子面積の増加、電子放出効率の低下等の問題があ
る。In the case of the structure shown in FIG.
An electric field vector that emits electrons (from the emitter 145 to the gate 144)
Have different directions. As a result, the electron distribution (electron beam spot) increases. Therefore, as a beam converging means in a horizontal FE type electron-emitting device, a structure in which a converging electrode is arranged on the same plane as an electron-emitting portion has been proposed as disclosed in JP-A-09-063461. These have problems such as the complexity of the manufacturing method, an increase in the element area, and a decrease in the electron emission efficiency.

【００１６】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来技
術の課題を解決するためになされたもので、その目的と
するところは、素子容量および駆動電圧の低減と電子放
出効率の向上を図るとともに、高精細なビームを得るこ
とができる電子放出素子および電子源および画像形成装
置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and aims at reducing the element capacitance and driving voltage and improving the electron emission efficiency. Another object of the present invention is to provide an electron-emitting device, an electron source, and an image forming apparatus capable of obtaining a high-definition beam.

【００１７】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、絶縁性の基板上に、間隙を挟んで
対向するように形成される引出し電極及び陰極電極と、
該陰極電極上に形成され、電子放出を行う微細突起を複
数有する電子放出部材と、を備える電子放出素子であっ
て、該電子放出部材の有する稜のうち、前記引出し電極
側の稜を露出させると共に、他の領域の稜を覆う導電層
を設けることを特徴とする。In order to achieve the above object, according to the present invention, there are provided an extraction electrode and a cathode formed on an insulating substrate so as to face each other with a gap therebetween;
An electron emitting member formed on the cathode electrode and having a plurality of fine projections for emitting electrons, wherein the ridge on the extraction electrode side is exposed among the ridges of the electron emitting member. In addition, a conductive layer that covers a ridge of another region is provided.

【００１８】従って、引出し電極側ではない稜からの電
子放出が低減される。Therefore, electron emission from the ridge other than the extraction electrode side is reduced.

【００１９】前記電子放出部材による電子放出位置が、
前記引出し電極の表面の位置に対して、電子放出方向側
であるとよい。An electron emission position of the electron emission member is
The position of the extraction electrode may be on the electron emission direction side.

【００２０】前記引出し電極及び陰極電極は、略平面状
の基板上に形成されると共に、該陰極電極の厚みが、引
出し電極の厚みよりも厚いとよい。Preferably, the extraction electrode and the cathode electrode are formed on a substantially planar substrate, and the thickness of the cathode electrode is larger than the thickness of the extraction electrode.

【００２１】前記基板は、前記陰極電極が形成される領
域の厚みが、前記引出し電極が形成される領域の厚みよ
りも厚いとよい。In the substrate, it is preferable that a thickness of a region where the cathode electrode is formed is larger than a thickness of a region where the extraction electrode is formed.

【００２２】前記電子放出部材は、前記陰極電極上か
ら、基板表面上であって前記引出し電極及び陰極電極と
の間隙に至る領域にまたがって形成されるとよい。[0022] The electron emission member may be formed over a region extending from the cathode electrode to a gap between the extraction electrode and the cathode electrode on the substrate surface.

【００２３】前記電子放出部材は、炭素を主成分とする
材料で構成されるとよい。The electron emission member is preferably made of a material containing carbon as a main component.

【００２４】前記炭素を主成分とする材料は、繊維状カ
ーボンの集合体であるとよい。The material containing carbon as a main component is preferably an aggregate of fibrous carbon.

【００２５】前記繊維状カーボンは、グラファイトナノ
ファイバー、カーボンナノチューブ、アモルファスカー
ボンもしくはこれらの混合物からなるとよい。The fibrous carbon is preferably made of graphite nanofiber, carbon nanotube, amorphous carbon or a mixture thereof.

【００２６】また、本発明の電子源にあっては、上記の
電子放出素子を複数個配列したことを特徴とする。The electron source according to the present invention is characterized in that a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged.

【００２７】前記複数の電子放出素子を、マトリクス状
の配線にそれぞれ電気的に接続するとよい。It is preferable that the plurality of electron-emitting devices be electrically connected to a matrix wiring.

【００２８】また、本発明の画像形成装置にあっては、
上記電子源に対向する位置に、放出された電子の衝突に
よって画像を形成する画像形成部材を設けると共に、電
子放出を行う電子放出素子を制御する制御機構を備える
ことを特徴とする。In the image forming apparatus of the present invention,
An image forming member for forming an image by collision of emitted electrons is provided at a position facing the electron source, and a control mechanism for controlling an electron-emitting device that emits electrons is provided.

【００２９】[0029]

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions of the components described in this embodiment,
The materials, shapes, relative arrangements, and the like are not intended to limit the scope of the present invention only to them unless otherwise specified.

【００３０】本願発明者らは、高精細電子ビームの形成
方法について検討を行った。以下に、高精細ビームの形
成方法について述べる。The present inventors have studied a method for forming a high-definition electron beam. Hereinafter, a method for forming a high definition beam will be described.

【００３１】一般にＦＥ素子の動作電圧Ｖｆはポアソン
方程式によって導かれるエミッター先端部の電界とその
電界とエミッター部の仕事関数をパラメーターとしてＦ
ｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍの式と呼ばれる関係式に
従う電子放出電流の電流密度によって決定される。In general, the operating voltage Vf of the FE element is determined by using the electric field at the tip of the emitter derived by the Poisson equation and the electric field and the work function of the emitter as parameters.
It is determined by the current density of the electron emission current according to a relational expression called the Owler-Nordheim equation.

【００３２】また、電子放出に必要な電界は、エミッタ
ー先端とゲート電極間の距離Ｄが小さいほど、また、エ
ミッター先端の半径ｒが小さいほど得られる電界が大き
くなる。The electric field required for electron emission increases as the distance D between the tip of the emitter and the gate electrode decreases and the radius r of the tip of the emitter decreases.

【００３３】一方、陽極上で得られる電子ビームにおけ
るＸ方向の最大の大きさＸｄ（例えば図１３における円
形ビーム形状１３７の中心からの最大到達距離）は、単
純な計算では√（Ｖｆ／Ｖａ）に比例する形で表され
る。On the other hand, the maximum size Xd in the X direction of the electron beam obtained on the anode (for example, the maximum reach distance from the center of the circular beam shape 137 in FIG. 13) is √ (Vf / Va) in a simple calculation. It is expressed in a form proportional to.

【００３４】この関係から明らかなようにＶｆの増大は
ビーム径の増大を招く。As is apparent from this relationship, an increase in Vf causes an increase in the beam diameter.

【００３５】また、この考察からＶｆを下げるために
は、極力距離Ｄ及び曲率ｒを小さくしなければならな
い。From this consideration, in order to reduce Vf, the distance D and the curvature r must be reduced as much as possible.

【００３６】次に、電子が取り出される電界（ここでは
便宜的に、横方向電界と呼び、エミッター形状による電
界の増強効果は無視する）とアノードに向かう電界（こ
こでは縦方向電界と呼ぶ）について考える。Next, an electric field from which electrons are taken out (here, for convenience, called a lateral electric field, and the effect of enhancing the electric field by the shape of the emitter is ignored) and an electric field toward the anode (here, called a vertical electric field) Think.

【００３７】前述したように、エミッターから放出され
た電子は、最初横方向電界によって引き出され、ゲート
方向に向かった後に、直接あるいは何回かの散乱を経由
して縦方向電界によって引き上げられアノードに到達す
る。As described above, the electrons emitted from the emitter are first extracted by the lateral electric field, and after being directed toward the gate, are lifted by the vertical electric field either directly or through several scatterings, and are then applied to the anode. To reach.

【００３８】このとき横方向電界と縦方向電界の強度比
及び電子放出点の相対位置が重要となる。At this time, the intensity ratio between the horizontal electric field and the vertical electric field and the relative position of the electron emission point are important.

【００３９】横方向電界が、縦方向電界と比較して桁で
強い場合には、取り出された電子のほとんどは、横方向
電界で形成される放射状電位によって次第に軌道を曲げ
られ、ゲートに向かう軌道をとる。ゲートに衝突した電
子は、散乱によって再び放出されるが、放出後、縦方向
電界に捉えられるまでは、何度も楕円に似た軌道を描い
てゲート上を広がりながら、自ら電子の数を減じながら
散乱を繰り返す。When the horizontal electric field is stronger than the vertical electric field by orders of magnitude, most of the extracted electrons have their orbits gradually bent by the radial potential formed by the horizontal electric field, and are directed toward the gate. Take. Electrons that collide with the gate are re-emitted by scattering, but after they are emitted, the number of electrons decreases by themselves while spreading over the gate in an orbit similar to an ellipse until it is captured by a vertical electric field. Repeat while scattering.

【００４０】散乱した電子が、ゲート電位の作る等電位
線を越えると（これを淀み点と呼ぶことがある）、ここ
で初めて縦方向電界によって引き上げられるようにな
る。When the scattered electrons cross the equipotential line created by the gate potential (this may be called a stagnation point), the scattered electrons can be pulled up by the vertical electric field for the first time.

【００４１】横方向電界と縦方向電界が同程度の場合に
は、取り出された電子は、やはり放射状電位によって軌
道が曲げられるものの、電界による束縛がゆるくなり、
ゲートに衝突することなしに縦方向電界に捉えられる電
子軌道が出現する。When the horizontal electric field and the vertical electric field are substantially the same, the orbit of the extracted electrons is also bent by the radial potential, but the binding by the electric field is loosened.
Electron orbits appear in the vertical electric field without colliding with the gate.

【００４２】この横方向電界と縦方向電界が同程度の
時、エミッターからの電子の放出点位置を、次第にゲー
トの属する平面からアノードの属する平面側に持ち上げ
る（図６参照）と、放出された電子は全くゲートに衝突
せずに、縦方向電界に捉えられる軌道を描くことが可能
であることが分かった。When the horizontal electric field and the vertical electric field are almost the same, the position of the emission point of electrons from the emitter is gradually raised from the plane to which the gate belongs to the plane to which the anode belongs (see FIG. 6). It was found that the electrons could draw a trajectory captured by the vertical electric field without colliding with the gate at all.

【００４３】また、この電界比の検討を行った結果、前
記間隙の距離をｄ、素子を駆動したときの電位差をＶ
１、陽極（アノード）と基板の距離をＨ、陽極（アノー
ド）と陰極の電位差をＶ２とした時、横方向電界が縦方
向電界の約５０倍程度以上大きくなると、取り出された
電子がゲートに衝突する軌道が描かれることが判明し
た。As a result of studying the electric field ratio, the distance of the gap is d, and the potential difference when the element is driven is V.
1. When the distance between the anode (anode) and the substrate is H, and the potential difference between the anode (anode) and the cathode is V2, when the horizontal electric field is about 50 times or more larger than the vertical electric field, the extracted electrons are applied to the gate. It was found that the trajectory of the collision was drawn.

【００４４】また、散乱を生じない高さｓ（ゲートの最
上部からエミッター最下部までの距離で定義される）
は、縦−横方向電界の比に依存し、縦−横方向電界比が
低いほど、その高さが低く、横方向電界が大きいほど高
さが必要である。Also, a height s that does not cause scattering (defined by the distance from the top of the gate to the bottom of the emitter)
Depends on the ratio of the vertical-horizontal electric field. The lower the vertical-horizontal electric field ratio, the lower the height, and the higher the horizontal electric field, the higher the height.

【００４５】実用的な製造上の範囲として、その高さｓ
はおよそ１０ｎｍから１０μｍ程度である。As a practical manufacturing range, the height s
Is about 10 nm to about 10 μm.

【００４６】従来の構成では、ゲートとエミッターが同
一平面上に、ほぼ同じ高さで構成されているだけでな
く、横方向電界が縦方向電界と比較して一桁以上強いた
め、ゲートに衝突せずに真空中に取り出されることはほ
とんどなかった。In the conventional configuration, the gate and the emitter are not only formed on the same plane and at substantially the same height, but also because the horizontal electric field is stronger than the vertical electric field by one digit or more, the collision with the gate occurs. It was rarely taken out into a vacuum without it.

【００４７】さらに、従来の構成では散乱の影響を考慮
せずにゲート電極の厚さ、幅、及びゲート、エミッタ
ー、アノードの相対位置が決められていたため、アノー
ドに得られる電子分布は広がっていた。Further, in the conventional configuration, since the thickness and width of the gate electrode and the relative positions of the gate, the emitter and the anode are determined without considering the influence of scattering, the electron distribution obtained on the anode is widened. .

【００４８】前述したように、アノードに到達する電子
の分布を小さくするには、１）Ｖｆを下げること、２）
電子の引出し方向を揃えること、３）電子の軌道を考慮
すること、さらに、ゲートでの散乱がある場合には、
４）電子の散乱機構（特に弾性散乱）を考慮することが
必要である。As described above, to reduce the distribution of electrons reaching the anode, 1) lowering Vf, 2)
Make the electron extraction direction uniform, 3) Consider the electron trajectory, and if there is scattering at the gate,
4) It is necessary to consider the electron scattering mechanism (especially elastic scattering).

【００４９】このようなことから、本発明の構成は電子
分布の微細化と効率の向上を目的として、前述の考え方
を元に鋭意検討されたものである。From the above, the configuration of the present invention has been intensively studied based on the above-described concept with the aim of miniaturizing the electron distribution and improving the efficiency.

【００５０】次に画像表示のために、陽極に蛍光体を用
いる場合について述べる。必要な縦方向電界は１０^-1Ｖ
／μｍから１０Ｖ／μｍの範囲に限定される。例えば、
陽極と陰極との間に１０ＫＶを２ｍｍの間隔で印加する
場合、この時の縦方向電界は５Ｖ／μｍとなる。この場
合、用いるべきエミッター材料の電子放出電界は５Ｖ／
μｍよりも大きな電子放出電界を持つ材料であり、選択
した電子放出電界に相当するように、その間隔と駆動電
圧を決めればよい。Next, a case where a phosphor is used for the anode for image display will be described. Required vertical electric field is 10 ^-1 V
/ Μm to 10 V / μm. For example,
When 10 KV is applied between the anode and the cathode at an interval of 2 mm, the vertical electric field at this time is 5 V / μm. In this case, the electron emission field of the emitter material to be used is 5 V /
It is a material having an electron emission field larger than μm, and its interval and drive voltage may be determined so as to correspond to the selected electron emission field.

【００５１】このように、数Ｖ／μｍの閾値電界を持つ
材料の例として、触媒を用いて炭化水素ガスを分解して
出来る繊維状カーボンについて図１１及び図１２に示
す。As examples of materials having a threshold electric field of several V / μm, fibrous carbon formed by decomposing hydrocarbon gas using a catalyst is shown in FIGS. 11 and 12.

【００５２】各図では、一番左側に光学顕微鏡レベル
（〜１０００倍）で見える形態、真中に走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）レベル（〜３万倍）で見える形態、右側に透
過電子顕微鏡（ＴＥＭ）レベル（〜１００万倍）で見え
るカーボンの形態を模式的に示している。In each of the figures, the form seen at the optical microscope level (up to 1000 times) on the leftmost side, the form seen at the scanning electron microscope (SEM) level (up to 30,000 times) at the center, and the transmission electron microscope (TEM) at the right side. FIG. 3 schematically shows a form of carbon that is visible at a level (up to 1,000,000 times).

【００５３】図１１に示すように、グラフェンが円筒形
状（円筒形が多重構造になっているものはマルチウォー
ルナノチューブと呼ばれる）の形態をとるものはカーボ
ンナノチューブと呼ばれ、特にチューブ先端を開放させ
た構造の時に、最もその閾値が下がる。As shown in FIG. 11, a graphene having a cylindrical shape (a multi-layered structure of a cylindrical shape is called a multi-walled nanotube) is called a carbon nanotube. In the case of a structured structure, the threshold value is the lowest.

【００５４】このカーボンナノチューブと同様に、触媒
を用いて比較的低温で生成される繊維状カーボンが図１
２に示したものである。この形態の繊維状カーボンはグ
ラフェンの積層体（このためグラファイトナノファイバ
ーと呼ばれることがあるが、温度によりアモルファス構
造の割合が増加する）で構成されている。Similarly to this carbon nanotube, fibrous carbon produced at a relatively low temperature using a catalyst is shown in FIG.
This is shown in FIG. The fibrous carbon in this form is constituted by a laminate of graphene (which may be called graphite nanofiber, but the ratio of the amorphous structure increases with temperature).

【００５５】カーボンナノチューブとグラファイトナノ
ファイバーは、触媒の種類及び分解の温度によって異な
り、同一の触媒で、両方の構造を持つ物を温度によって
選択可能である場合もあるし、どちらかの構造しか出来
ない場合もある。Carbon nanotubes and graphite nanofibers differ depending on the type of catalyst and the decomposition temperature. In some cases, the same catalyst can be used to select one having both structures depending on the temperature. Not always.

【００５６】どちらの繊維状カーボンも電子放出の閾値
が１Ｖ〜１０Ｖ／μｍ程度であり、本発明の実施の形態
に係る電子放出素子に用いるエミッター材料として好ま
しいものである。Each of the fibrous carbons has an electron emission threshold of about 1 V to 10 V / μm, and is preferable as an emitter material used for the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【００５７】触媒材料としては、ＦｅやＣｏなどをカー
ボンナノチューブの形成において一般的に使用される
が、ＰｄやＮｉについてもカーボン形成用の核として用
いることが出来る。As a catalyst material, Fe and Co are generally used in forming carbon nanotubes, but Pd and Ni can also be used as nuclei for forming carbon.

【００５８】特に、ＰｄやＮｉにおいては、低温（４５
０℃以上の温度）でグラファイトナノファイバーを生成
することが可能である。ＦｅやＣｏを用いたカーボンナ
ノチューブの生成温度は８００℃以上必要なことから、
ＰｄやＮｉを用いてのグラファイトナノファイバー材料
の作成の方が低温で可能なため、他の部材への影響や、
製造コストの観点からも好ましい。In particular, in the case of Pd and Ni, low temperature (45
It is possible to produce graphite nanofibers at a temperature of 0 ° C. or higher. Since the formation temperature of carbon nanotubes using Fe and Co needs to be 800 ° C or higher,
Since the production of graphite nanofiber material using Pd or Ni is possible at lower temperature, the influence on other members,
It is also preferable from the viewpoint of manufacturing cost.

【００５９】さらに、Ｐｄにおいては、酸化物が水素に
より低温（室温）で還元される特性を用いて、核形成材
料として酸化パラジウムを用いることが可能である。Further, in the case of Pd, palladium oxide can be used as a nucleus forming material by using the property that an oxide is reduced by hydrogen at a low temperature (room temperature).

【００６０】酸化パラジウムの水素還元処理を行うと、
一般的な核形成技法として従来から使用されている金属
薄膜の熱凝集や、爆発の危険を伴う超微粒子の生成と蒸
着を用いずとも、比較的低温（２００℃以下）で初期凝
集核の形成が可能となった。When the palladium oxide is subjected to a hydrogen reduction treatment,
The formation of initially aggregated nuclei at a relatively low temperature (200 ° C or lower) without using the thermal aggregation of metal thin films and the generation and deposition of ultrafine particles with the danger of explosion, which are conventionally used as general nucleation techniques. Became possible.

【００６１】前述の炭化水素ガスとしては、例えばエチ
レン、メタン、プロパン、プロピレンなどの炭化水素ガ
ス、あるいはエタノールやアセトンなどの有機溶剤の蒸
気を用いることもある。As the above-mentioned hydrocarbon gas, for example, a hydrocarbon gas such as ethylene, methane, propane or propylene, or a vapor of an organic solvent such as ethanol or acetone may be used.

【００６２】以上述べた本発明の実施の形態に係る電子
放出素子について、図面を参照して更に詳しく説明す
る。図１は本発明の実施の形態に係る電子放出素子の模
式図であり、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）は
（Ａ）中ＡＡ断面図である。The above-described electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic views of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA in FIG.

【００６３】図１において、１は絶縁性の基板、２は引
出し電極（ゲート）、３は陰極電極、４は陰極（以下、
エミッター材料と称する）、５は導電層である。In FIG. 1, 1 is an insulating substrate, 2 is an extraction electrode (gate), 3 is a cathode electrode, and 4 is a cathode (hereinafter, referred to as a cathode).
5 is a conductive layer.

【００６４】ここで、導電層５は、エミッター材料４に
おいて、引出し電極２側の稜４１のみを露出させて、他
の稜４２，４３，４４を覆うように形成されている。Here, the conductive layer 5 is formed so as to expose only the ridge 41 on the extraction electrode 2 side and cover the other ridges 42, 43 and 44 in the emitter material 4.

【００６５】絶縁性の基板１としては、その表面を十分
に洗浄した、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少
させてＫなどに一部置換したガラス、青板ガラス及びシ
リコン基板等にスパッタ法等によりＳｉＯ₂を積層した
積層体、アルミナ等のセラミックスの絶縁性基板等を用
いることができる。As the insulating substrate 1, a quartz glass, a glass partially reduced in the content of impurities such as Na, partially substituted by K, a soda lime glass, a silicon substrate, etc., is sputtered. For example, a laminate in which SiO ₂ is laminated, an insulating substrate made of ceramic such as alumina, or the like can be used.

【００６６】引出し電極２および陰極電極３は導電性を
有しており、蒸着法やスパッタ法等の一般的真空成膜技
術、あるいはフォトリソグラフィー技術により形成され
る。The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 have conductivity, and are formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method or a sputtering method, or a photolithography technique.

【００６７】引出し電極２および陰極電極３の材料とし
ては、例えば、炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭化
物、金属のホウ化物、半導体、半導体の金属化合物から
適宜選択される。The material of the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 is appropriately selected from, for example, carbon, metal, metal nitride, metal carbide, metal boride, semiconductor, and metal compound of semiconductor.

【００６８】また、引出し電極２および陰極電極３の厚
さとしては、数十ｎｍから数十μｍの範囲で設定され
る。好ましくは炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭化
物の耐熱性材料が望ましい。The thicknesses of the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 are set in a range from several tens nm to several tens μm. Preferably, heat resistant materials of carbon, metal, metal nitride, and metal carbide are desirable.

【００６９】なお、この電極の厚さが薄いために電位降
下などが心配される時、あるいはマトリクス配列でこの
素子を用いる場合には、必要に応じて低抵抗の配線用金
属材料が電子放出に関与しない部分で用いられることが
ある。When a potential drop or the like is feared due to the small thickness of the electrode, or when this element is used in a matrix arrangement, a low-resistance metal material for wiring may be used for electron emission as necessary. May be used in non-related areas.

【００７０】引出し電極２と陰極電極３の間隔（間隙の
幅）は、前述したとおり、用いる陰極材料の電子放出電
界（横方向電界）と画像形成に必要な縦方向電界との電
界を比較した時に、電子放出電界が縦方向電界よりも１
倍から５０倍程度の値になるように、駆動電圧と間隔を
決めればよい。As described above, the distance between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 (the width of the gap) was obtained by comparing the electric field between the electron emission electric field (lateral electric field) of the cathode material used and the vertical electric field required for image formation. Sometimes the electron emission field is one more than the vertical field
The drive voltage and the interval may be determined so that the value becomes about twice to about 50 times.

【００７１】エミッター材料４の製造方法には、スパッ
タ法等の一般的な真空成膜法等で堆積した膜をＲＩＥな
どの手法を用いてエミッター形状に加工する場合と、Ｃ
ＶＤにおける核成長を利用した針状結晶の成長や、ひげ
結晶の成長などを利用する場合がある。The method of manufacturing the emitter material 4 includes a case where a film deposited by a general vacuum film forming method such as a sputtering method is processed into an emitter shape using a method such as RIE,
In some cases, the growth of needle crystals using nucleus growth in VD, the growth of whiskers, or the like may be used.

【００７２】また、エミッター形状の制御は、ＲＩＥの
場合には用いる基板の種類、ガスの種類、ガス圧力（流
量）、エッチング時間、プラズマを形成する時のエネル
ギーなどに依存する。一方、ＣＶＤによる形成方法では
基板の種類、ガスの種類、流量、成長温度などで制御さ
れる。In the case of RIE, the control of the emitter shape depends on the type of substrate used, the type of gas, the gas pressure (flow rate), the etching time, the energy for forming plasma, and the like. On the other hand, in the formation method by CVD, the type is controlled by the type of substrate, the type of gas, the flow rate, the growth temperature, and the like.

【００７３】エミッター材料４に用いる材料は、好まし
くはアモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモン
ドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭
素化合物等、あるいはカーボンナノチューブ、グラファ
イトナノファイバーなどの繊維状カーボン、更にはＷ、
Ｔａ、Ｍｏ，等の耐熱性の材料、あるいはＴｉＣ、Ｚｒ
Ｃ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ
₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼
化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ
等の半導体、有機高分子材料などが良い。The material used for the emitter material 4 is preferably amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon, carbon and carbon compounds in which diamond is dispersed, or fibrous carbon such as carbon nanotubes and graphite nanofibers.
Heat resistant materials such as Ta, Mo, etc., or TiC, Zr
Carbides such as C, HfC, TaC, SiC, WC, HfB
₂ , borides such as ZrB ₂ , LaB ₆ , CeB ₆ , YB ₄ , GdB ₄ , nitrides such as TiN, ZrN, HfN, Si, Ge
Semiconductors, organic polymer materials, and the like.

【００７４】ここで、仮に導電層５が無い構成の場合に
おいては、エミッター材料４から放出される電子放出に
関しては、引出し電極２側の稜の部分における複数のエ
ミッターから電子を最も良く放出し、次いで、引出し電
極２側以外の稜の部分における複数のエミッターが電子
を放出しやすい。Here, in the case where the conductive layer 5 is not provided, with respect to the emission of electrons emitted from the emitter material 4, electrons are best emitted from a plurality of emitters at the ridge portion on the extraction electrode 2 side. Next, the plurality of emitters at the ridge portion other than the extraction electrode 2 side easily emit electrons.

【００７５】そして、引出し電極２側以外の稜の部分に
おける複数のエミッターから放出される電子は、僅かで
はあるがビーム形状や均一性を乱す場合があった。The electrons emitted from the plurality of emitters at the ridge portions other than the extraction electrode 2 side may slightly disturb the beam shape and uniformity.

【００７６】そこで、本実施の形態に係る電子放出素子
においては、引出し電極２側以外の稜の部分を、上述の
ように導電層５で覆ったことによって、これらの稜の部
分からの電子放出を低減することができるため、ビーム
形状や均一性の乱れを防止できることが可能となった。Therefore, in the electron-emitting device according to the present embodiment, the ridge portions other than the extraction electrode 2 side are covered with the conductive layer 5 as described above, so that the electron emission from these ridge portions is achieved. Therefore, it is possible to prevent the beam shape and the uniformity from being disturbed.

【００７７】次に、エミッター領域における電子放出点
位置とその動作について図６及び図７を用いて説明す
る。Next, the position of the electron emission point in the emitter region and its operation will be described with reference to FIGS.

【００７８】数μｍのギャップ（間隙）の長さを持つ本
素子を、図６に示すような真空装置６０に設置し、真空
排気装置６３によって１０^-4Ｐａ程度に到達するまで十
分に排気した。そして、高電圧電源を用いて、基板から
数ミリの高さＨの位置に陽極（以下、アノードと称す
る）６１を設け、数キロボルトからなる高電圧Ｖａを印
加した。The present element having a gap (gap) length of several μm was set in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6, and sufficiently evacuated by a vacuum exhaust device 63 until the pressure reached about 10 ⁻⁴ Pa. . Then, using a high-voltage power supply, an anode (hereinafter, referred to as an anode) 61 was provided at a height H of several millimeters from the substrate, and a high voltage Va of several kilovolts was applied.

【００７９】なお、アノード６１には導電性フィルムを
被覆した蛍光体６２が設置されている。The anode 61 is provided with a phosphor 62 coated with a conductive film.

【００８０】素子に印加する駆動電圧Ｖｆとして、数十
Ｖ程度からなるパルス電圧を印加して、流れる素子電流
Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。As a drive voltage Vf applied to the device, a pulse voltage of about several tens of volts was applied, and the flowing device current If and the electron emission current Ie were measured.

【００８１】この時、等電位線は図のように形成され、
最も電界の集中する部分は、電子放出材料であるエミッ
ター材料４の最もアノード６１側であって、かつギャッ
プ（間隙）の内側の点６４で示す部分である。At this time, equipotential lines are formed as shown in FIG.
The portion where the electric field concentrates most is the portion indicated by a point 64 which is closest to the anode 61 of the emitter material 4 which is an electron emission material and is inside the gap (gap).

【００８２】この電界集中点６４の近傍に位置する電子
放出材料の中で最も電界集中する場所から電子が放出さ
れると考えられる。It is considered that electrons are emitted from the place where the electric field concentrates most among the electron-emitting materials located near the electric field concentration point 64.

【００８３】素子のＩｅ特性は図７に示すような特性で
あった。すなわち印加電圧の約半分からＩｅが急激に立
ち上がり、不図示のＩｆはＩｅの特性に類似していた
が、その値はＩｅと比較して十分に小さな値であった。The Ie characteristics of the device were as shown in FIG. That is, Ie rises sharply from about half of the applied voltage, and If (not shown) resembled the characteristics of Ie, but its value was sufficiently smaller than Ie.

【００８４】以下、この原理に基づき、本発明の実施の
形態に係る電子放出素子を複数配して得られる電子源及
び画像形成装置について、図８〜図１０を用いて説明す
る。図８は本発明の実施の形態に係る電子源の模式的平
面図であり、図９は本発明の実施の形態に係る画像形成
装置の一部破断斜視図であり、図１０は本発明の実施の
形態に係る画像形成装置のブロック図である。Hereinafter, based on this principle, an electron source and an image forming apparatus obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic plan view of the electron source according to the embodiment of the present invention, FIG. 9 is a partially cutaway perspective view of the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 1 is a block diagram of an image forming apparatus according to an embodiment.

【００８５】図８において、８１は電子源基体、８２は
Ｘ方向配線、８３はＹ方向配線である。また、８４は本
発明の実施の形態に係る電子放出素子、８５は結線であ
る。In FIG. 8, reference numeral 81 denotes an electron source base, 82 denotes an X-direction wiring, and 83 denotes a Y-direction wiring. 84 is an electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, and 85 is a connection.

【００８６】ここで、電子放出素子８４を複数配置した
ことに伴う素子の容量が増大すると、図８に示すマトリ
クス配線においては、パルス幅変調に伴う短いパルスを
加えても容量成分により波形がなまり、期待した階調が
取れないなどの問題が生じる。Here, when the capacitance of the device increases due to the arrangement of the plurality of electron-emitting devices 84, the waveform of the matrix wiring shown in FIG. 8 is distorted due to the capacitance component even when a short pulse accompanying the pulse width modulation is applied. And the problem that the expected gradation cannot be obtained.

【００８７】これを解消するためには、電子放出部のす
ぐ脇に、例えば、図９に示すように層間絶縁層（リアプ
レート９１）を配して、電子放出部以外での容量成分の
増加を低減する構造を採用すると良い。To solve this problem, for example, an interlayer insulating layer (rear plate 91) is disposed immediately beside the electron emitting portion as shown in FIG. 9 to increase the capacitance component other than the electron emitting portion. It is advisable to adopt a structure that reduces noise.

【００８８】図８において、ｍ本のＸ方向配線８２はＤ
Ｘ₁，ＤＸ₂，・・・ＤＸ_mからなり、蒸着法にて形成さ
れた厚さ約１μｍ，幅３００μｍのアルミニウム系配線
材料で構成されている。ただし、配線の材料、膜厚、巾
は、適宜設計される。In FIG. 8, m X-direction wirings 82 are D
X _1, DX _2, consists · · · DX _m, a thickness of about 1μm formed by vapor deposition method, and a aluminum-based wiring material having a width 300 [mu] m. However, the material, thickness and width of the wiring are appropriately designed.

【００８９】一方、Ｙ方向配線８３は厚さ０．５μｍ，
幅１００μｍの、ＤＹ₁，ＤＹ₂・・・ＤＹ_nのｎ本の配
線よりなり、Ｘ方向配線８２と同様に形成される。On the other hand, the Y-direction wiring 83 has a thickness of 0.5 μm,
It is composed of n wirings DY ₁ , DY ₂ ... DY _{n having} a width of 100 μm, and is formed in the same manner as the X-directional wiring 82.

【００９０】これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方
向配線８３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられ
ており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは、共に
正の整数である）。An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-directional wirings 82 and the n Y-directional wirings 83 to electrically separate them (m, n). Are both positive integers).

【００９１】不図示の層間絶縁層は、スパッタ法等を用
いて厚さ約０．８μｍのＳｉＯ₂で構成される。The interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO ₂ having a thickness of about 0.8 μm by using a sputtering method or the like.

【００９２】Ｘ方向配線８２を形成した基体８１の全面
或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線８
２とＹ方向配線８３の交差部の電位差に耐え得るよう
に、本実施の形態では１素子当たりの素使容量が１ｐＦ
以下、素子耐圧３０Ｖになるように層間絶縁層の厚さを
決めた。なお、Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３は、そ
れぞれ外部端子として引き出されている。The X-directional wiring 82 is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the base 81 on which the X-directional wiring 82 is formed.
In this embodiment, the elementary capacitance per element is 1 pF so as to withstand the potential difference at the intersection of Y and the Y-directional wiring 83.
Hereinafter, the thickness of the interlayer insulating layer was determined so that the element withstand voltage was 30 V. Note that the X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are respectively drawn out as external terminals.

【００９３】本発明の実施の形態に係る電子放出素子８
４を構成する一対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配
線８２とｎ本のＹ方向配線８３と導電性金属等からなる
結線８５によって電気的に接続されている。Electron emitting device 8 according to the embodiment of the present invention
A pair of electrodes (not shown) constituting 4 are electrically connected to m X-directional wirings 82 and n Y-directional wirings 83 by connection 85 made of a conductive metal or the like.

【００９４】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した本
発明の実施の形態に係る電子放出素子８４の行を選択す
るための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段
が接続される。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 84 according to the embodiment of the present invention arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 82. .

【００９５】一方、Ｙ方向配線８３には、Ｙ方向に配列
した本発明の実施の形態に係る電子放出素子８４の各列
を、入力信号に応じて変調するための不図示の変調信号
発生手段が接続される。On the other hand, a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the electron-emitting devices 84 according to the embodiment of the present invention arranged in the Y direction according to an input signal is provided in the Y-direction wiring 83. Is connected.

【００９６】各電子放出素子に印加される駆動電圧は、
当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧とし
て供給される。本発明の実施の形態においては、Ｙ方向
配線は高電位、Ｘ方向配線は低電位になるように接続し
た。このように接続することで、本発明の実施の形態の
特徴となるビームの収束効果が得られた。The driving voltage applied to each electron-emitting device is
It is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the element. In the embodiment of the present invention, the Y-direction wiring is connected to a high potential and the X-direction wiring is connected to a low potential. By such connection, a beam convergence effect which is a feature of the embodiment of the present invention is obtained.

【００９７】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて個別の素子を選択し、独立に駆動可能とする
ことができる。In the above configuration, individual elements can be selected using simple matrix wiring and can be independently driven.

【００９８】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図９を用いて説
明する。図９は、ガラス基板材料としてソーダライムガ
ラスを用いた画像形成装置の表示パネルを示している。An image forming apparatus configured using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a display panel of an image forming apparatus using soda lime glass as a glass substrate material.

【００９９】図９において、８１は電子放出素子を複数
配した電子源基体、９１は電子源基体８１を固定したリ
アプレート、９６はガラス基体９３の内面に蛍光膜９４
とメタルバック９５等が形成されたフェースプレートで
ある。また、９２は支持枠であり、この支持枠９２に
は、リアプレート９１、フェースプレート９６がフリッ
トガラス等を用いて接続されている。９７は外囲器であ
り、真空中で、４５０度の温度範囲で１０分焼成するこ
とで、封着して構成される。In FIG. 9, reference numeral 81 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged; 91, a rear plate on which the electron source substrate 81 is fixed; 96, a fluorescent film 94 on the inner surface of a glass substrate 93;
And a face plate on which a metal back 95 and the like are formed. Reference numeral 92 denotes a support frame, and a rear plate 91 and a face plate 96 are connected to the support frame 92 using frit glass or the like. Reference numeral 97 denotes an envelope which is fired in a vacuum at a temperature range of 450 ° C. for 10 minutes to be sealed.

【０１００】８４は電子放出部であり、８２，８３は、
本発明の実施の形態に係る電子放出素子の一対の素子電
極と接続された、それぞれＸ方向配線及びＹ方向配線で
ある。Reference numeral 84 denotes an electron emitting portion;
FIG. 4 shows an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【０１０１】外囲器９７は、上述の如く、フェースプレ
ート９６と支持枠９２とリアプレート９１とで構成され
る。また、フェースプレート９６とリアプレート９１と
間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設置する
ことにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器９
７を構成できる。The envelope 97 includes the face plate 96, the support frame 92, and the rear plate 91 as described above. In addition, by installing a support (not shown) called a spacer between the face plate 96 and the rear plate 91, the envelope 9 having sufficient strength against atmospheric pressure can be provided.
7 can be configured.

【０１０２】メタルバック９５は、蛍光膜作製後、蛍光
膜の内面側表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」
と呼ばれる。）を行い、その後Ａｌを、真空蒸着等を用
いて堆積させることで作ることができる。After the phosphor film is formed, the metal back 95 is subjected to a smoothing treatment (usually “filming”) on the inner surface of the phosphor film.
Called. ) And then depositing Al using vacuum evaporation or the like.

【０１０３】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電
極（不図示）を設けた。The face plate 96 is further provided with a fluorescent film 9.
A transparent electrode (not shown) was provided on the outer surface side of the fluorescent film 94 in order to increase the conductivity of No. 4.

【０１０４】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。When performing the above-mentioned sealing, in the case of color, it is necessary to make each color phosphor correspond to the electron-emitting device.
Sufficient alignment is essential.

【０１０５】次に、図１０に示す走査回路１０２につい
て説明する。同回路は、内部にＭ個のスイッチング素子
を備えたもので（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示し
ている）ある。各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘ
の出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいず
れか一方を選択し、表示パネル１０１の端子Ｄｘ１ない
しＤｘｍと電気的に接続される。Next, the scanning circuit 102 shown in FIG. 10 will be described. This circuit includes M switching elements inside (in the drawing, S1 to Sm are schematically shown). Each switching element has a DC voltage source Vx
, Or 0 [V] (ground level), and is electrically connected to the terminals Dx1 to Dxm of the display panel 101.

【０１０６】Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制
御回路１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて
動作するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチン
グ素子を組み合せることにより構成することができる。Each of the switching elements S1 to Sm operates based on the control signal Tscan output from the control circuit 103, and can be configured by combining switching elements such as FETs.

【０１０７】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には本発明
の実施の形態に係る電子放出素子の特性（電子放出しき
い値電圧）に基づき、走査されていない素子に印加され
る駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるような一
定電圧を出力するよう設定されている。In the case of this example, the DC voltage source Vx is based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, and the driving voltage applied to the non-scanned device. Is set so as to output a constant voltage that is equal to or lower than the electron emission threshold voltage.

【０１０８】制御回路１０３は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作
を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期信
号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよび
Ｔｍｒｙの各制御信号を発生する。The control circuit 103 has a function of matching the operation of each section so that appropriate display is performed based on an image signal input from the outside. The control circuit 103 generates control signals Tscan, Tsft, and Tmry for each unit based on the synchronization signal Tsync sent from the synchronization signal separation circuit 106.

【０１０９】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離する為の回路で、一般的な周波数分
離（フィルター）回路等を用いて構成できる。The synchronizing signal separating circuit 106 is a circuit for separating a synchronizing signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside, using a general frequency separating (filter) circuit or the like. Can be configured.

【０１１０】同期信号分離回路１０６により分離された
同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号より成るが、
ここでは説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。
前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分は便
宜上ＤＡＴＡ信号と表した。このＤＡＴＡ信号はシフト
レジスタ１０４に入力される。The synchronization signal separated by the synchronization signal separation circuit 106 includes a vertical synchronization signal and a horizontal synchronization signal.
Here, it is illustrated as a Tsync signal for convenience of explanation.
The luminance signal component of the image separated from the television signal is referred to as a DATA signal for convenience. This DATA signal is input to the shift register 104.

【０１１１】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力されるＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎に
シリアル／パラレル変換するためのもので、制御回路１
０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動作す
る。即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ１０４
のシフトクロックであるということもできる。The shift register 104 is for serially / parallel converting a DATA signal input serially in time series for each line of an image.
The operation is performed based on the control signal Tsft sent from the controller 03. That is, the control signal Tsft is
It can be said that it is a shift clock.

【０１１２】シリアル／パラレル変換された画像１ライ
ン分（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当）のデ
ータは、Ｉｄ１乃至ＩｄｎのＮ個の並列信号としてシフ
トレジスタ１０４より出力される。The data for one line of the image which has been subjected to the serial / parallel conversion (corresponding to the drive data for N electron-emitting devices) is output from the shift register 104 as N parallel signals Id1 to Idn.

【０１１３】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。The line memory 105 is a storage device for storing data of one line of an image for a necessary time only, and stores the contents of Id1 to Idn as appropriate according to a control signal Tmry sent from the control circuit 103. The stored contents are output as I'd1 to I'dn and input to the modulation signal generator 107.

【０１１４】変調信号発生器１０７は、画像データＩ’
ｄ１乃至Ｉ’ｄｎの各々に応じて本実施の形態に係る電
子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であ
り、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じ
て表示パネル１０１内の本実施の形態に係る電子放出素
子に印加される。The modulation signal generator 107 outputs the image data I '
The signal source is a signal source for appropriately driving and modulating each of the electron-emitting devices according to the present embodiment in accordance with each of d1 to I′dn, and the output signal thereof is output from the terminal in the display panel 101 through terminals Doy1 to Doyn. This is applied to the electron-emitting device according to the embodiment.

【０１１５】前述したように、本発明の実施の形態に係
る電子放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性
を有している。As described above, the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention has the following basic characteristics with respect to the emission current Ie.

【０１１６】即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖ
ｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子
放出が生じる。That is, a clear threshold voltage V is required for electron emission.
and electron emission occurs only when a voltage equal to or higher than Vth is applied.

【０１１７】電子放出しきい値以上の電圧に対しては、
素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。
このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場
合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場
合には電子ビームが出力される。For a voltage higher than the electron emission threshold,
The emission current also changes according to the change in the voltage applied to the device.
From this, when a pulse-like voltage is applied to this element, for example, when a voltage lower than the electron emission threshold is applied, electron emission does not occur, but when a voltage higher than the electron emission threshold is applied, the electron beam is emitted. Is output.

【０１１８】その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させる
事により出力電子ビームの強度を制御することが可能で
ある。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出
力される電子ビームの電荷の総量を制御する事が可能で
ある。At this time, the intensity of the output electron beam can be controlled by changing the pulse peak value Vm. Further, by changing the pulse width Pw, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam.

【０１１９】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波
高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いること
ができる。Therefore, as a method of modulating the electron-emitting device according to the input signal, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be employed. When implementing the voltage modulation method, a circuit of a voltage modulation method that generates a voltage pulse of a fixed length and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data is used as the modulation signal generator 107. be able to.

【０１２０】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。When implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 107, a pulse width modulation type circuit that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data can be used.

【０１２１】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式を用いた。The shift register 104 and the line memory 10
5 used a digital signal type.

【０１２２】変調信号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ
変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加す
る。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７に
は、例えば高速の発振器および発振器の出力する波数を
計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記
メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組
み合せた回路を用いた。The modulation signal generator 107 has, for example, D / A
A conversion circuit is used, and an amplification circuit and the like are added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, the modulation signal generator 107 includes, for example, a high-speed oscillator, a counter for counting the number of waves output from the oscillator, and a comparator for comparing the output value of the counter with the output value of the memory. (Comparator) was used.

【０１２３】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついては、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこれに限
られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式など他、
これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、
ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用
できる。The configuration of the image forming apparatus described here is an example of an image forming apparatus to which the present invention can be applied, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. As for the input signal, the NTSC system has been described, but the input signal is not limited to this, and PAL, SECAM system, etc.
A TV signal composed of a large number of scanning lines (for example,
A high-definition TV system such as the MUSE system can also be adopted.

【０１２４】[0124]

【実施例】次に、上記実施の形態に基づくより具体的な
実施例を詳細に説明する。Next, more specific examples based on the above embodiment will be described in detail.

【０１２５】（実施例１）本実施例では、基本的な構成
は、上述した実施の形態の中で説明した図１に示す構成
を備えたものである。(Example 1) In this example, the basic configuration is provided with the configuration shown in FIG. 1 described in the above embodiment.

【０１２６】本実施例では、エミッター材料４として、
繊維状カーボンを用いた。In this embodiment, as the emitter material 4,
Fibrous carbon was used.

【０１２７】以下に、図５を用いて本実施例に係わる電
子放出素子の製造工程を詳細に説明する。Hereinafter, a manufacturing process of the electron-emitting device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.

【０１２８】（工程１）基板１に石英基板を用い、十分
洗浄を行った後、引出し電極２及び陰極電極３を形成す
るために、はじめに、基板全体にスパッタ法により不図
示の厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ３０ｎｍのポリＳｉ（高
濃度砒素ドープ）の蒸着を連続的に行った。(Step 1) A quartz substrate was used as the substrate 1, and after sufficient cleaning, in order to form the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3, first, the entire substrate was sputtered to a thickness of 5 nm (not shown). Deposition of Ti and poly-Si (highly doped with arsenic) having a thickness of 30 nm was continuously performed.

【０１２９】次に、フォトリソグラフィー工程で、不図
示のポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリアン
ト社製）を用いてレジストパターンを形成した。Next, in a photolithography step, a resist pattern was formed using a positive type photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant) not shown.

【０１３０】次に、パターニングした前記フォトレジス
トをマスクとして、ポリＳｉ（砒素ドープ）層とＴｉ層
に対して、ＣＦ₄ガスを用いてドライエッチングを行
い、電極ギャップ間（間隙の幅）が５μｍからなる引出
し電極２、および陰極電極３をパターニングした（図５
（Ａ）に示す状態）。Next, using the patterned photoresist as a mask, the poly-Si (arsenic-doped) layer and the Ti layer are dry-etched using CF ₄ gas, so that the electrode gap (gap width) is 5 μm. The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 made of
(State shown in (A)).

【０１３１】以下、フォトリソグラフィー工程、成膜、
リフトオフ、エッチング等による薄膜やレジストのパタ
ーニングを単にパターンニングと称する。Hereinafter, a photolithography process, film formation,
Patterning of a thin film or a resist by lift-off, etching, or the like is simply referred to as patterning.

【０１３２】（工程２）次に、基板全体に不図示のＣｒ
を電子ビーム蒸着にて約１００ｎｍの厚さに堆積し、そ
の上にポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリア
ント社製）をパターニングした。(Step 2) Next, Cr (not shown) is formed on the entire substrate.
Was deposited to a thickness of about 100 nm by electron beam evaporation, and a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant) was patterned thereon.

【０１３３】次に、パターニングした前記フォトレジス
トをマスクとして、触媒微粒子を介して繊維状カーボン
材料が成長する導電層（エミッター材料４）を被覆すべ
き領域（１００μｍ×８０μｍ）を陰極電極３上に形成
し、開口部のＣｒを硝酸セリウム系のエッチング液で取
り除いた。Next, using the patterned photoresist as a mask, a region (100 μm × 80 μm) to be covered with a conductive layer (emitter material 4) on which a fibrous carbon material grows via catalyst fine particles is formed on the cathode electrode 3. Then, Cr in the opening was removed with a cerium nitrate-based etchant.

【０１３４】レジストを剥離した後、Ｐｄ錯体にイソプ
ロピルアルコール等を加えた錯体溶液を、スピンコート
にて基板全体に塗布した。After the resist was removed, a complex solution obtained by adding isopropyl alcohol or the like to the Pd complex was applied to the entire substrate by spin coating.

【０１３５】塗布後、大気中３００℃で熱処理を行い、
酸化パラジウム５１を約１０ｎｍの厚さに形成した後、
Ｃｒを硝酸セリウム系のエッチング液にて取り除いた
（図５（Ｂ）に示す状態）。After the application, heat treatment is performed at 300 ° C. in the air.
After forming palladium oxide 51 to a thickness of about 10 nm,
Cr was removed with a cerium nitrate-based etchant (the state shown in FIG. 5B).

【０１３６】（工程３）基板を２００℃に加熱し、大気
を排気後、窒素で希釈した２％水素気流中で熱処理を行
った。この段階で素子表面には粒子の直径が約３〜１０
ｎｍの微粒子５２が形成された。この時の粒子の密度は
約１０¹¹〜１０¹²個／ｃｍ²と見積もられた（図５
（Ｃ）に示す状態）。(Step 3) The substrate was heated to 200 ° C., the air was evacuated, and a heat treatment was performed in a 2% hydrogen stream diluted with nitrogen. At this stage, the diameter of the particles is about 3 to 10 on the device surface.
Fine particles 52 of nm were formed. The density of the particles at this time was estimated to be about 10 ¹¹ to 10 ¹² particles / cm ² (FIG. 5).
(State shown in (C)).

【０１３７】（工程４）続いて、窒素希釈した０．１％
エチレン気流中で５００℃、１０分間加熱処理をした。
これを走査電子顕微鏡で観察すると、Ｐｄ塗布領域に直
径１０ｎｍ〜２５ｎｍ程度で、屈曲しながら繊維状に伸
びた多数の繊維状カーボンが形成されているのが分かっ
た。このとき繊維状カーボンの厚さは約５００ｎｍとな
っていた（図５（Ｄ）に示す状態）。(Step 4) Subsequently, 0.1% diluted with nitrogen
Heat treatment was performed at 500 ° C. for 10 minutes in an ethylene stream.
When this was observed with a scanning electron microscope, it was found that a large number of fibrous carbons having a diameter of about 10 nm to 25 nm and extending in a fiber shape while bending were formed in the Pd application region. At this time, the thickness of the fibrous carbon was about 500 nm (the state shown in FIG. 5D).

【０１３８】（工程５）工程２と同様なパターンニング
により、繊維状カーボンの引出し電極側の稜を露出さ
せ、かつ、他の稜を覆うように、Ｔａによって導電層５
（１４０μｍ×１００μｍ）で覆った（図５（Ｅ）に示
す状態）。(Step 5) By the same patterning as in step 2, the conductive layer 5 is made of Ta so that the ridge on the extraction electrode side of the fibrous carbon is exposed and the other ridge is covered.
(140 μm × 100 μm) (the state shown in FIG. 5E).

【０１３９】以上のようにして作製した電子放出素子を
図６に示すような真空装置６０に設置し、真空排気装置
６３によって２×１０^-5Ｐａに到達するまで十分に排気
した。The electron-emitting device manufactured as described above was set in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6, and sufficiently evacuated by a vacuum exhaust device 63 until the pressure reached 2 × 10 ⁻⁵ Pa.

【０１４０】そして、図６に示したように、素子からＨ
＝２ｍｍ離れた陽極（アノード）６１に、陽極（アノー
ド）電圧としてＶａ＝１０ＫＶを印加した。このとき素
子には駆動電圧Ｖｆ＝２０Ｖからなるパルス電圧を印加
して、流れる素子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測し
た。Then, as shown in FIG.
Va = 10 KV was applied as an anode (anode) voltage to the anode (anode) 61 at a distance of 2 mm. At this time, a pulse voltage consisting of a drive voltage Vf = 20 V was applied to the device, and the flowing device current If and the electron emission current Ie were measured.

【０１４１】素子のＩｆ及びＩｅ特性は、図７に示すよ
うな特性であった。すなわち印加電圧の約半分からＩｅ
が急激に増加し、Ｖｆが１５Ｖでは約１μＡの電子放出
電流Ｉｅが測定された。一方ＩｆはＩｅの特性に類似し
ていたが、その値はＩｅと比較して一桁以上小さな値で
あった。The If and Ie characteristics of the device were as shown in FIG. That is, from about half of the applied voltage Ie
Rapidly increased, and when Vf was 15 V, an electron emission current Ie of about 1 μA was measured. On the other hand, If was similar to the characteristic of Ie, but its value was at least one digit smaller than that of Ie.

【０１４２】得られたビームは、Ｙ方向に細長くＸ方向
に短い、略矩形形状であった。The obtained beam had a substantially rectangular shape elongated in the Y direction and short in the X direction.

【０１４３】Ｖｆを１５Ｖに固定し、アノード間距離を
Ｈ２ｍｍに固定して、アノード電圧を５ＫＶ，１０Ｋ
Ｖ、ギャップ（間隙の幅）を１μｍ，５μｍにした時の
ビーム幅を測定したところ表１のようになった。Vf was fixed at 15 V, the distance between the anodes was fixed at H2 mm, and the anode voltage was 5 KV, 10 K
Table 1 shows the beam width when V and the gap (gap width) were 1 μm and 5 μm.

【０１４４】[0144]

【表１】 駆動に必要な電界は成長条件を変えることで変化させる
ことが可能であった。特に酸化パラジウムを還元処理し
て出来るＰｄの平均粒径が、その後の成長で出来る繊維
の直径と関連している。[Table 1] The electric field required for driving could be changed by changing the growth conditions. In particular, the average particle size of Pd formed by reducing palladium oxide is related to the diameter of the fiber formed by subsequent growth.

【０１４５】Ｐｄの平均直径は塗布するＰｄ錯体のＰｄ
濃度とスピンコートの回転数で制御することが可能であ
った。The average diameter of Pd is the Pd of the Pd complex to be applied.
It was possible to control by the concentration and the rotation speed of the spin coat.

【０１４６】この素子のカーボン繊維を透過電顕で観察
したところ、グラフェンが図１２の右に示すように積層
された構造であった。グラフェンの積層間隔（Ｃ軸方
向）は温度が低い５００℃程度では不鮮明であり、その
間隔が０．４ｎｍであったが、温度が高くなればなるほ
ど、格子間隔が鮮明となり、７００℃では０．３４ｎｍ
となりグラファイト０．３３５ｎｍに近い値となった。Observation of the carbon fibers of this device with a transmission electron microscope revealed that the device had a structure in which graphene was laminated as shown on the right side of FIG. The graphene stacking interval (C-axis direction) was unclear at a low temperature of about 500 ° C., and the interval was 0.4 nm. However, the higher the temperature, the sharper the lattice interval. 34 nm
It became a value close to 0.335 nm of graphite.

【０１４７】以上のように、本実施例に係わる電子放出
素子の構成をとることにより、容量及び駆動電圧が低減
され、効率が高く、ビーム径の小さい特性をもつ電子放
出素子が実現できた。As described above, by adopting the structure of the electron-emitting device according to this embodiment, an electron-emitting device having a reduced capacity and driving voltage, a high efficiency, and a small beam diameter can be realized.

【０１４８】（実施例２）図２を参照して実施例２に係
わる電子放出素子について説明する。図２は本発明の実
施例２に係る電子放出素子の模式図であり、（Ａ）はそ
の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中ＡＡ断面図である。(Embodiment 2) An electron-emitting device according to Embodiment 2 will be described with reference to FIG. 2A and 2B are schematic diagrams of an electron-emitting device according to Example 2 of the present invention, wherein FIG. 2A is a plan view thereof, and FIG.

【０１４９】本実施例では実施例１における引出し電極
２の厚さを５００ｎｍに形成した以外の構成等は実施例
１と同様にして電子放出素子の作製を行い、Ｉｆ，Ｉｅ
の計測を行った。In this embodiment, an electron-emitting device is manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the thickness of the extraction electrode 2 in the first embodiment is formed to 500 nm.
Was measured.

【０１５０】本素子構成により、引出し電極２の厚さよ
りも陰極電極３の厚さを厚くすることによって、電子放
出位置を引出し電極２から見て、確実に高い位置（アノ
ード側）にすることが出来た。According to this element configuration, by making the thickness of the cathode electrode 3 larger than the thickness of the extraction electrode 2, the electron emission position can be surely set to a higher position (anode side) as viewed from the extraction electrode 2. done.

【０１５１】この構成によって、ゲートに衝突する軌道
を描く電子数が減少し、効率の低下や、ビーム径の増大
を招く現象を防ぐことが出来た。With this configuration, the number of electrons that trace the trajectory that collides with the gate was reduced, and it was possible to prevent phenomena that would lower the efficiency and increase the beam diameter.

【０１５２】この結果、本素子構成においても、Ｖｆが
２０Ｖでは約１μＡの電子放出電流Ｉｅが測定された。
一方ＩｆはＩｅの特性に類似していたが、その値はＩｅ
と比較して二桁小さな値であった。この時のビーム径も
ほぼ表１と同じであった。As a result, also in this device configuration, when Vf was 20 V, an electron emission current Ie of about 1 μA was measured.
On the other hand, If was similar to the characteristic of Ie, but its value was
The value was two orders of magnitude smaller than. The beam diameter at this time was almost the same as in Table 1.

【０１５３】以上のように、本実施例に係わる電子放出
素子の構成をとることにより、容量及び駆動電圧が低減
され、効率が高く、ビーム径の小さい特性をもつ電子放
出素子が実現できた。As described above, by adopting the structure of the electron-emitting device according to the present embodiment, an electron-emitting device having a reduced capacity and driving voltage, a high efficiency, and a small beam diameter can be realized.

【０１５４】（実施例３）図３を参照して実施例３に係
わる電子放出素子について説明する。図３は本発明の実
施例３に係る電子放出素子の模式図であり、（Ａ）はそ
の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中ＡＡ断面図である。(Embodiment 3) An electron-emitting device according to Embodiment 3 will be described with reference to FIG. 3A and 3B are schematic views of an electron-emitting device according to Example 3 of the present invention, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view along AA in FIG.

【０１５５】本実施例では実施例１における工程２にお
いて、酸化パラジウム５１を電極３の表面上から基板表
面上であって、ギャップ（間隙）にまたがって、ギャッ
プのほぼ中間位置まで形成して、ギャップ間距離を約半
分に形成した構成となっている。In this embodiment, in the step 2 in the first embodiment, the palladium oxide 51 is formed from the surface of the electrode 3 on the surface of the substrate to the gap (gap) to a substantially middle position of the gap. The structure is such that the distance between the gaps is reduced to about half.

【０１５６】本素子では実施例１と比較してギャップ間
距離が小さい分、電界が約２倍程度強い。このため駆動
の電圧は８Ｖ程度まで低下させることが可能となった。
また導電層５を繊維状カーボンの電気的接続層として用
いたことによりギャップ内の繊維状カーボンから安定に
電子放出させることが可能となった。In this device, the electric field is about twice as strong as that of the first embodiment because the distance between the gaps is small. For this reason, the driving voltage can be reduced to about 8V.
In addition, by using the conductive layer 5 as an electrical connection layer of fibrous carbon, it is possible to stably emit electrons from the fibrous carbon in the gap.

【０１５７】以上のように、本実施例に係わる電子放出
素子の構成をとることにより、容量及び駆動電圧が低減
され、効率が高く、ビーム径の小さい特性をもつ電子放
出素子が実現できた。As described above, by adopting the structure of the electron-emitting device according to the present embodiment, an electron-emitting device having a reduced capacity and driving voltage, a high efficiency, and a small beam diameter can be realized.

【０１５８】（実施例４）図４を参照して実施例４に係
わる電子放出素子について説明する。図４は本発明の実
施例４に係る電子放出素子の模式図であり、（Ａ）はそ
の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中ＡＡ断面図である。(Embodiment 4) An electron-emitting device according to Embodiment 4 will be described with reference to FIG. 4A and 4B are schematic views of an electron-emitting device according to Example 4 of the present invention, where FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view along AA in FIG.

【０１５９】本実施例では上記実施例１で述べた工程１
と工程２が以下に示すように異なっており、他の工程は
同一である。In this embodiment, step 1 described in the first embodiment is performed.
And step 2 are different as shown below, and the other steps are the same.

【０１６０】（工程１）基板１に石英基板を用い、十分
洗浄を行った後、陰極（エミッター）電極３として、ス
パッタ法により厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ３０ｎｍのポ
リＳｉ（高濃度砒素ドープ）の蒸着を連続的に行った。(Step 1) A quartz substrate was used as the substrate 1, and after sufficient cleaning, a 5 nm thick Ti and a 30 nm thick poly Si (highly doped arsenic doped) were used as the cathode (emitter) electrode 3 by sputtering. ) Was continuously performed.

【０１６１】次に、パターニングした前記フォトレジス
トをマスクとして、ポリＳｉ層及びＴｉ層に、ＣＦ₄を
用いてドライエッチングを行い、電極ギャップ間が５μ
ｍからなる陰極電極３を形成した。Next, using the patterned photoresist as a mask, the poly-Si layer and the Ti layer were dry-etched using CF ₄ to make the electrode gap 5 μm.
m of the cathode electrode 3 was formed.

【０１６２】次に、陰極電極３をマスクとして用い、フ
ッ酸とフッ化アンモニウムからなる混酸を用いて、深さ
約５００ｎｍ分だけ、石英基板をエッチングした。Next, using the cathode electrode 3 as a mask, the quartz substrate was etched to a depth of about 500 nm using a mixed acid composed of hydrofluoric acid and ammonium fluoride.

【０１６３】続いて、引出し電極２として、再びスパッ
タ法により厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ３０ｎｍのＰｔの
蒸着を連続的に行った。Subsequently, 5 nm thick Ti and 30 nm thick Pt were continuously deposited again as the extraction electrode 2 by the sputtering method.

【０１６４】陰極電極３のフォトレジストを剥離後、再
びポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリアント
社製）を用いてゲート電極形状を形成するためのレジス
トパターンを形成した。After the photoresist of the cathode electrode 3 was peeled off, a resist pattern for forming a gate electrode shape was formed again using a positive type photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant).

【０１６５】次に、パターニングした前記フォトレジス
トをマスクとして、Ｐｔ層及びＴｉ層にＡｒを用いてド
ライエッチングを行い、電極間に形成された段差がギャ
ップとして作用するように引出し電極２を形成した。Next, using the patterned photoresist as a mask, dry etching was performed on the Pt layer and the Ti layer using Ar, and the extraction electrode 2 was formed so that the step formed between the electrodes acts as a gap. .

【０１６６】そして、レジストパターンを陰極上に形成
して、直進性の良い抵抗加熱蒸着でＮｉ微粒子の形成
を、約５ｎｍの厚さに形成し、その後酸化処理を３５０
℃で３０分行った。この工程以降は、実施例１と同じ工
程とした。Then, a resist pattern is formed on the cathode, Ni fine particles are formed to a thickness of about 5 nm by resistance heating vapor deposition with good linearity, and then an oxidation treatment is performed.
C. for 30 minutes. After this step, the same steps as in Example 1 were performed.

【０１６７】本素子構成により、より微細なギャップを
作ることが可能となり、約６Ｖ程度から電子放出させる
ことが出来るようになった。With this device configuration, a finer gap can be formed, and electrons can be emitted from about 6 V.

【０１６８】また、電子放出材料の高さ（膜厚）が厚い
ことに起因して、膜の上部からだけでなく中間位置から
電子が出ることで、ゲート電極に電子が衝突することに
よる効率の低下や、ビーム径の増大を防ぐことが出来
た。In addition, because the height (film thickness) of the electron-emitting material is large, electrons are emitted not only from the top of the film but also from an intermediate position. It was possible to prevent a decrease and an increase in the beam diameter.

【０１６９】（実施例５）上記実施例に係わる電子放出
素子を複数配して得られる画像形成装置について説明す
る。(Embodiment 5) An image forming apparatus obtained by disposing a plurality of electron-emitting devices according to the above embodiment will be described.

【０１７０】実施例１の電子放出素子を図８に示すよう
にＭＡＸ状に配置し、電子源基体を完成させた。The electron-emitting devices of Example 1 were arranged in a MAX shape as shown in FIG. 8 to complete an electron source substrate.

【０１７１】この電子源基体を用いて、電子放出素子上
部には２ｍｍの距離を隔てて陽極（アノード）上に蛍光
体をアライメントして配置し、図９に示す画像形成装置
を作製した。Using this electron source substrate, a phosphor was aligned on the anode (anode) at a distance of 2 mm above the electron-emitting device, and an image forming apparatus shown in FIG. 9 was manufactured.

【０１７２】Ｖｆ＝２０Ｖからなるパルス電圧、Ｖａ＝
１０ｋＶで駆動したところ、画像形成装置においても実
施例１と同様の特性が得られた。Vf = pulse voltage of 20V, Va =
When driven at 10 kV, the same characteristics as in Example 1 were obtained in the image forming apparatus.

【０１７３】[0173]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電子放
出部材の有する稜のうち、引出し電極側の稜を露出させ
ると共に、他の領域の稜を覆う導電層を設けることで、
引出し電極側ではない稜からの電子放出を低減すること
ができ、電子放出効率の向上を図り、かつ、放出する電
子軌道の収束性の向上を図ることができた。As described above, according to the present invention, among the ridges of the electron-emitting member, the ridge on the extraction electrode side is exposed, and the conductive layer covering the ridges of other regions is provided.
Electron emission from ridges other than the extraction electrode side can be reduced, thereby improving the electron emission efficiency and improving the convergence of the emitted electron trajectory.

【０１７４】また、このように電子放出効率及び電子軌
道の収束性に優れた電子放出素子を電子源に適用するこ
とで、高品位な電子源を実現でき、また、画像形成装置
にそのような電子源を適用することで、より高精細な画
像形成を実現できる。Further, by applying the electron emitting element having the excellent electron emission efficiency and the convergence of the electron orbit to the electron source, a high-quality electron source can be realized, and such an image forming apparatus can be realized. By applying an electron source, higher definition image formation can be realized.

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

【図１】本発明の実施の形態及び実施例１に係る電子放
出素子の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention and Example 1.

【図２】本発明の実施例２に係る電子放出素子の模式図
である。FIG. 2 is a schematic view of an electron-emitting device according to a second embodiment of the present invention.

【図３】本発明の実施例３に係る電子放出素子の模式図
である。FIG. 3 is a schematic view of an electron-emitting device according to a third embodiment of the present invention.

【図４】本発明の実施例４に係る電子放出素子の模式図
である。FIG. 4 is a schematic view of an electron-emitting device according to Example 4 of the present invention.

【図５】本発明の実施例１に係わる電子放出素子の製造
工程図である。FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention.

【図６】電子放出素子の動作説明図である。FIG. 6 is an operation explanatory view of the electron-emitting device.

【図７】電子放出素子の基本的な動作特性図である。FIG. 7 is a basic operating characteristic diagram of the electron-emitting device.

【図８】本発明の実施の形態に係る電子源の模式的平面
図である。FIG. 8 is a schematic plan view of the electron source according to the embodiment of the present invention.

【図９】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一部
破断斜視図である。FIG. 9 is a partially cutaway perspective view of the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図１０】本発明の実施の形態に係る画像形成装置のブ
ロック図である。FIG. 10 is a block diagram of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図１１】繊維状カーボン（カーボンナノチューブ）の
概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of fibrous carbon (carbon nanotube).

【図１２】繊維状カーボン（グラファイトナノファイバ
ー）の概略構成図である。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of fibrous carbon (graphite nanofiber).

【図１３】従来技術に係る縦型ＦＥの概略構成図であ
る。FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a vertical FE according to the related art.

【図１４】従来技術に係る横型ＦＥの概略構成図であ
る。FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a horizontal FE according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 基板 ２ 引出し電極 ３ 陰極電極 ４ エミッター材料 ５ 導電層 ４１ 稜 ４２，４３，４４ 稜 ５１ 酸化パラジウム ５２ 微粒子 ６０ 真空装置 ６１ アノード ６２ 蛍光体 ６３ 真空排気装置 ６４ 電界集中点 ８１ 基体 ８２ Ｘ方向配線 ８３ Ｙ方向配線 ８４ 電子放出素子 ８５ 結線 ９１ リアプレート ９２ 支持枠 ９３ ガラス基体 ９４ 蛍光膜 ９５ メタルバック ９６ フェースプレート ９７ 外囲器 １０１ 表示パネル １０２ 走査回路 １０３ 制御回路 １０４ シフトレジスタ １０５ ラインメモリ １０６ 同期信号分離回路 １０７ 変調信号発生器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Leader electrode 3 Cathode electrode 4 Emitter material 5 Conductive layer 41 Edge 42,43,44 Edge 51 Palladium oxide 52 Fine particle 60 Vacuum device 61 Anode 62 Phosphor 63 Vacuum exhaust device 64 Electric field concentration point 81 Base 82 X direction wiring 83 Y-direction wiring 84 Electron emission device 85 Connection 91 Rear plate 92 Support frame 93 Glass substrate 94 Phosphor film 95 Metal back 96 Face plate 97 Enclosure 101 Display panel 102 Scanning circuit 103 Control circuit 104 Shift register 105 Line memory 106 Synchronous signal separation Circuit 107 Modulation signal generator

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】絶縁性の基板上に、間隙を挟んで対向する
ように形成される引出し電極及び陰極電極と、 該陰極電極上に形成され、電子放出を行う微細突起を複
数有する電子放出部材と、を備える電子放出素子であっ
て、 該電子放出部材の有する稜のうち、前記引出し電極側の
稜を露出させると共に、他の領域の稜を覆う導電層を設
けることを特徴とする電子放出素子。1. An electron emission member having a plurality of fine projections formed on an insulating substrate so as to face each other with an extraction electrode and a cathode electrode opposed to each other with a gap therebetween, and formed on the cathode electrode to emit electrons. An electron emission device comprising: a conductive layer that exposes a ridge on the extraction electrode side among ridges of the electron emission member and that covers a ridge of another region. element. 【請求項２】前記電子放出部材による電子放出位置が、
前記引出し電極の表面の位置に対して、電子放出方向側
であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素
子。2. An electron emission position of the electron emission member,
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is on an electron emission direction side with respect to a position of a surface of the extraction electrode. 【請求項３】前記引出し電極及び陰極電極は、略平面状
の基板上に形成されると共に、該陰極電極の厚みが、引
出し電極の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項２に
記載の電子放出素子。3. The extraction electrode according to claim 2, wherein the extraction electrode and the cathode electrode are formed on a substantially planar substrate, and the thickness of the cathode electrode is larger than the thickness of the extraction electrode. Electron-emitting device. 【請求項４】前記基板は、前記陰極電極が形成される領
域の厚みが、前記引出し電極が形成される領域の厚みよ
りも厚いことを特徴とする請求項２に記載の電子放出素
子。4. The electron-emitting device according to claim 2, wherein the substrate has a region where the cathode electrode is formed, which is thicker than a region where the extraction electrode is formed. 【請求項５】前記電子放出部材は、前記陰極電極上か
ら、基板表面上であって前記引出し電極及び陰極電極と
の間隙に至る領域にまたがって形成されることを特徴と
する請求項１に記載の電子放出素子。5. The method according to claim 1, wherein the electron emission member is formed over a region from the cathode electrode to a gap between the extraction electrode and the cathode electrode on the substrate surface. An electron-emitting device according to claim 1. 【請求項６】前記電子放出部材は、炭素を主成分とする
材料で構成されることを特徴とする請求項１〜５のいず
れか一つに記載の電子放出素子。6. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said electron-emitting member is made of a material containing carbon as a main component. 【請求項７】前記炭素を主成分とする材料は、繊維状カ
ーボンの集合体であることを特徴とする請求項６に記載
の電子放出素子。7. The electron-emitting device according to claim 6, wherein the material containing carbon as a main component is an aggregate of fibrous carbon. 【請求項８】前記繊維状カーボンは、グラファイトナノ
ファイバー，カーボンナノチューブ，アモルファスカー
ボンもしくはこれらの混合物からなることを特徴とする
請求項７に記載の電子放出素子。8. The electron-emitting device according to claim 7, wherein said fibrous carbon is made of graphite nanofiber, carbon nanotube, amorphous carbon or a mixture thereof. 【請求項９】請求項１〜８のいずれか一つに記載の電子
放出素子を複数個配列したことを特徴とする電子源。9. An electron source comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1. 【請求項１０】前記複数の電子放出素子を、マトリクス
状の配線にそれぞれ電気的に接続したことを特徴とする
請求項９に記載の電子源。10. The electron source according to claim 9, wherein said plurality of electron-emitting devices are each electrically connected to a matrix wiring. 【請求項１１】請求項１０に記載の電子源に対向する位
置に、放出された電子の衝突によって画像を形成する画
像形成部材を設けると共に、電子放出を行う電子放出素
子を制御する制御機構を備えることを特徴とする画像形
成装置。11. An image forming member for forming an image by collision of emitted electrons at a position facing the electron source according to claim 10, and a control mechanism for controlling an electron-emitting device for emitting electrons. An image forming apparatus comprising: