JP2002075167A - Electron emission device, electron source, image-forming apparatus and method of manufacturing the electron emission device - Google Patents
Electron emission device, electron source, image-forming apparatus and method of manufacturing the electron emission deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、こ
れを用いた電子源、画像形成装置、及び電子放出素子の
製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source using the same, an image forming apparatus, and a method for manufacturing an electron-emitting device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】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（Ｆ
Ｅ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 A field emission type (F) in which a strong electric field of 10 6 V / cm or more is applied to a metal to emit electrons from the metal surface.
(E-type) electron-emitting devices have attracted attention as one of the cold electron sources.
【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、
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, and power consumption can be reduced.
It also contributes to weight reduction.
【０００５】縦型ＦＥ型電子放出素子の例としては、図
１３に示すようにエミッタ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
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆ
ｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉ
ｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ’’， Ｊ．
Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ４７， ５２４８ （１
９７６）等に開示されたもの（以下、スピント型とい
う）が知られている。As an example of a vertical FE type electron-emitting device, as shown in FIG. 13, an emitter 135 has a shape of a cone or a quadrangular pyramid in a substantially vertical direction from a substrate 131. A. Spindt, '' Physical
Properties of thin-film f
field emission cathodes wi
th molbdenum cones '', J. Am.
Appl. Phys. , 47, 5248 (1
976) (hereinafter, referred to as Spindt type) is known.
【０００６】横型ＦＥ型電子放出素子の例としては、先
端が先鋭化されたエミッタ電極と、エミッタ電極先端か
ら電子を引き出すゲート電極（引き出し電極）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。As an example of a lateral FE type electron-emitting device, an emitter electrode having a sharpened tip and a gate electrode (extraction electrode) for extracting electrons from the tip of the emitter electrode are formed in parallel with the substrate. In some cases, a collector (referred to as an anode in this case) is formed in a direction perpendicular to a direction in which the emitter electrode faces.
【０００７】また、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号公報に示す
ように、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。As an example of an electron-emitting device using fibrous carbon, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 8-115652, a fibrous material is thermally decomposed on a fine catalytic metal by using an organic compound gas. A configuration in which carbon is deposited in minute gaps is disclosed.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来、ＦＥ型電子源を
用いた画像形成装置では、電子源からアノードである蛍
光体までの距離Ｈと、電子放出素子と蛍光体間のアノー
ド電圧Ｖａと、電子放出素子を駆動する陰極電極と引き
出し電極間の素子電圧Ｖｆと、に応じた電子ビームスポ
ット（以下ビーム径と呼ぶ）が得られる。前述のビーム
径はサブミリメートル程度であり、画像形成装置として
は十分の解像度を持っている。Conventionally, in an image forming apparatus using an FE type electron source, a distance H from an electron source to a phosphor as an anode, an anode voltage Va between the electron emitting element and the phosphor, and An electron beam spot (hereinafter, referred to as a beam diameter) corresponding to the device voltage Vf between the cathode electrode for driving the electron-emitting device and the extraction electrode is obtained. The above-mentioned beam diameter is on the order of sub-millimeter, and has a sufficient resolution as an image forming apparatus.
【０００９】しかしながら、画像表示装置等の画像形成
装置においては、近年、より高精細な解像度が要求され
ている。However, image forming apparatuses such as image display apparatuses have recently been required to have higher resolution.
【００１０】さらに、表示画素数の増大に伴い、駆動時
には、電子放出素子の持つ素子容量に起因する消費電力
が増大するため、素子容量の低減、素子電圧の低減と電
子放出素子の効率向上が望まれていた。Further, as the number of display pixels increases, power consumption due to the element capacitance of the electron-emitting device increases during driving, so that the element capacitance is reduced, the element voltage is reduced, and the efficiency of the electron-emitting element is improved. Was desired.
【００１１】また、電子放出素子の特性バラツキにより
各画素の明るさに分布が生じることを防止するために、
電子放出素子の特性の均一化が望まれていた。Further, in order to prevent the brightness of each pixel from being distributed due to the characteristic variation of the electron-emitting device,
It has been desired to make the characteristics of the electron-emitting device uniform.
【００１２】このため、素子固有の容量低減、素子電圧
の低減し、電子の軌道を制御して、より高精細なビーム
を得ることに加え、電子放出素子ごとの特性バラツキを
低減することが望まれている。Therefore, it is desired to reduce the inherent capacity of the element, reduce the element voltage, control the electron trajectory to obtain a higher-definition beam, and reduce the variation in characteristics of each electron-emitting element. It is rare.
【００１３】前述の図１３に示すスピント型電子放出素
子では、引き出し電極１３４が基板１３１と積層されて
構成されることで、大きなゲート容量と多数のエミッタ
１３５との間に寄生容量が形成されていた。さらに、駆
動電圧が数十Ｖと高く、容量性の消費電力が大きい欠点
があった。In the above-mentioned Spindt-type electron-emitting device shown in FIG. 13, since the extraction electrode 134 is laminated on the substrate 131, a parasitic capacitance is formed between a large gate capacitance and a large number of emitters 135. Was. Further, there is a drawback that the driving voltage is as high as several tens of volts and the power consumption of the capacitive is large.
【００１４】また、取り出された電子ビームは、すぐに
広がるため、ビーム径の広がりを抑えるためには、集束
電極が必要であった。例えば、特開平７−００６７１４
号公報には、電子放出電極、引き出し電極の他に、電子
を収束させるための電極を放出部上部に配置し、電子軌
道を収束する手法が開示されているが、この手法では集
束電極の付与による工程の複雑さと電子放出効率の低下
等が問題であった。Further, since the extracted electron beam spreads immediately, a focusing electrode is required to suppress the spread of the beam diameter. For example, JP-A-7-006714
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-209,055 discloses a method for arranging an electron orbit in addition to an electron emission electrode and an extraction electrode at an upper portion of an emission portion to converge an electron trajectory. And the electron emission efficiency is reduced.
【００１５】前述の横型ＦＥ型電子放出素子では、素子
の持つ容量を低減できる利点はあるものの、エミッタ電
極とゲート電極との距離が遠いために駆動に数百ボルト
を必要とするため、駆動装置が大きくなる欠点があっ
た。また、陽極（アノード）でのビーム形状は広がって
しまうという問題があった。Although the above-mentioned lateral FE type electron-emitting device has an advantage that the capacitance of the device can be reduced, since the distance between the emitter electrode and the gate electrode is long, several hundred volts are required for driving. Had the disadvantage of becoming larger. Further, there is a problem that the beam shape at the anode (anode) is widened.
【００１６】また、横型ＦＥ型電子放出素子における電
子のビーム収束では、特開平９−０６３４６１号公報に
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
低下等が問題であった。For beam focusing of electrons in a horizontal FE type electron-emitting device, a structure in which a focusing electrode is arranged on the same plane as an electron-emitting portion is proposed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-063461. However, these methods have problems such as complexity of the manufacturing method, an increase in the element area, a decrease in the electron emission efficiency, and the like.
【００１７】また、以上のような電界電子放出素子で
は、陰極から電子を引き出すために陰極に対して正の電
圧を印加するゲート電極（引き出し電極）に、放出され
た電子が衝突等を繰り返すことによって、引き出し電極
にエレクトロマイグレーションが発生することがあっ
た。In the field emission device described above, emitted electrons repeatedly collide with a gate electrode (extraction electrode) for applying a positive voltage to the cathode in order to extract electrons from the cathode. As a result, electromigration may occur in the extraction electrode.
【００１８】これが生じると、陰極からみて、引き出し
電極が後退することによる電子放出電流Ｉｅの低下や、
引き出し電極材料のガス化により放電を誘起したりする
可能性が高くなる。When this occurs, the electron emission current Ie decreases due to the receding of the extraction electrode as viewed from the cathode,
The possibility of inducing discharge by gasification of the extraction electrode material is increased.
【００１９】さらに、複数の電子放出素子を用いた画像
形成装置等の場合、上記の現象により、電子放出素子毎
のＩｅの放出量に分布が生じると、画像の明暗を上手く
表現できなくなったり、画像がチラついたりする等、画
像形成装置の性能を低下させる原因となる。Further, in the case of an image forming apparatus or the like using a plurality of electron-emitting devices, if the above-mentioned phenomenon causes a distribution in the emission amount of Ie for each electron-emitting device, the brightness of the image cannot be expressed well, This causes the image forming apparatus to deteriorate in performance, such as flickering of the image.
【００２０】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、引き
出し電極のエレクトロマイグレーションの防止を図る耐
久性に優れた電子放出素子及び電子源、さらには長期に
わたって均一な表示特性を有する画像形成装置、そして
容易に作製可能とする電子放出素子の製造方法を提供す
ることにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a highly durable electron-emitting device and an electron source for preventing electromigration of an extraction electrode. Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus having uniform display characteristics over a long period of time and a method of manufacturing an electron-emitting device which can be easily manufactured.
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子放出素子にあっては、第１及び第２電極
と、該第１電極に該第２電極よりも高い電位を印加する
手段と、前記第２電極上に配置された複数の突起と、を
有する電子放出素子であって、前記第１の電極の表面
は、炭素を主成分とすることを特徴とする。According to the present invention, there is provided an electron-emitting device comprising: first and second electrodes; and applying a higher potential to the first electrode than to the second electrode. And a plurality of protrusions disposed on the second electrode, wherein the surface of the first electrode is mainly composed of carbon.
【００２２】前記第１の電極は、その表面に、炭素を主
成分とする被膜を有することが好適である。It is preferable that the first electrode has a coating mainly composed of carbon on its surface.
【００２３】前記複数の突起は、複数の繊維状カーボン
からなることが好適である。Preferably, the plurality of protrusions are made of a plurality of fibrous carbons.
【００２４】絶縁性の基板上に、間隙を挟んで対向して
形成された陰極電極及び引き出し電極と、該陰極電極上
に形成され、電子放出を行う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、前記引き出し
電極を耐電子衝突材料で被覆したことを特徴とする。A cathode electrode and a lead electrode formed on an insulating substrate so as to face each other with a gap therebetween; and an electron emission member formed on the cathode electrode and having a plurality of projections for emitting electrons. An electron emission element, wherein the extraction electrode is covered with an electron collision resistant material.
【００２５】前記電子放出部材による電子放出位置が、
前記引き出し電極の表面位置に対して、電子放出方向側
であることが好適である。The electron emission position by the electron emission member is as follows:
It is preferable that the position is on the electron emission direction side with respect to the surface position of the extraction electrode.
【００２６】前記耐電子衝突材料は、炭素を主成分とし
て構成されたことが好適である。It is preferable that the electron collision resistant material is composed mainly of carbon.
【００２７】前記耐電子衝突材料は、主成分炭素の結合
が主にｓｐ2結合からなることが好適である。In the electron collision resistant material, it is preferable that the bond of main component carbon is mainly composed of sp 2 bond.
【００２８】前記耐電子衝突材料は、グラファイトであ
ることが好適である。It is preferable that the electron collision resistant material is graphite.
【００２９】前記耐電子衝突材料は、主成分炭素の結合
が主にｓｐ3結合からなることが好適である。It is preferable that the electron-impact-resistant material has a main carbon bond mainly composed of sp 3 bonds.
【００３０】前記耐電子衝突材料は、不純物を添加した
ダイヤモンド、あるいはアモルファス状ダイヤモンドカ
ーボン（ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ）が
主成分として含まれていることが好適である。It is preferable that the electron-impact resistant material contains as a main component diamond to which impurities are added or diamond-like carbon.
【００３１】前記耐電子衝突材料は、金属を主成分とす
る炭化金属からなることが好適である。Preferably, the electron collision resistant material is made of a metal carbide containing a metal as a main component.
【００３２】本発明の電子源にあっては、上記の電子放
出素子を複数個並列に配置し、結線してなる前記電子放
出素子の列を少なくとも１列以上有してなることを特徴
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 in parallel, and at least one or more rows of the connected electron-emitting devices are provided. .
【００３３】上記の電子放出素子を複数個配列してなる
前記電子放出素子の列を少なくとも１列以上有し、前記
電子放出素子を駆動する低電位用供給用配線と高電位供
給用配線がマトリクス配置されていることを特徴とす
る。At least one or more rows of the above-mentioned electron-emitting devices each having a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged, and a low-potential supply line and a high-potential supply line for driving the electron-emitting devices are arranged in a matrix. It is characterized by being arranged.
【００３４】本発明の画像形成装置にあっては、上記の
電子源と、該電子源から放出された電子によって画像を
形成する画像形成部材と、を備え、情報信号により前記
電子源の各電子放出素子の電子量を制御することを特徴
とする。An image forming apparatus according to the present invention includes the above-mentioned electron source, and an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source, and each electron of the electron source is transmitted by an information signal. The amount of electrons of the emission element is controlled.
【００３５】前記画像形成部材は、蛍光体であることが
好適である。The image forming member is preferably a phosphor.
【００３６】本発明の電子放出素子の製造方法にあって
は、絶縁性の基板上に、間隙を挟んで対向して陰極電極
及び引き出し電極を形成する工程と、前記陰極電極上
に、突起を有する電子放出部材を形成する工程と、前記
引き出し電極上に、耐電子衝突材料を被覆する工程と、
を備えたことを特徴とする。In the method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, a step of forming a cathode electrode and an extraction electrode on an insulating substrate so as to face each other with a gap therebetween, and forming a projection on the cathode electrode A step of forming an electron-emitting member having, and a step of coating an electron collision-resistant material on the extraction electrode,
It is characterized by having.
【００３７】前記引き出し電極上に、耐電子衝突材料を
被覆する工程は、有機ガス雰囲気下において、前記陰極
電極と前記引き出し電極間に前記引き出し電極が正とな
るように電圧を印加して電子放出させ、該電子放出によ
って有機ガスを分解し、生じた生成物を前記引き出し電
極上に堆積させる工程であることが好適である。The step of coating the extraction electrode with an electron collision resistant material is performed by applying a voltage between the cathode electrode and the extraction electrode in an organic gas atmosphere so that the extraction electrode becomes positive. Preferably, the method is a step of decomposing an organic gas by the electron emission and depositing a generated product on the extraction electrode.
【００３８】前記引き出し電極上に、耐電子衝突材料を
被覆する工程は、基板温度を５００℃以上８００℃以下
に上昇させておくことが好適である。In the step of coating the anti-electron impact material on the extraction electrode, it is preferable that the substrate temperature is raised to 500 ° C. or more and 800 ° C. or less.
【００３９】[0039]
【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.
【００４０】まず、本発明の電子放出素子の原理を説明
する。First, the principle of the electron-emitting device of the present invention will be described.
【００４１】一般に、ＦＥ型電子放出素子の素子電圧Ｖ
ｆはポアソン方程式によって導かれるエミッタ先端部の
電界と、その電界とエミッタ先端部の仕事関数をパラメ
ータとしてＦｏｗｌｅｒ−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と、によって
決定される。Generally, the device voltage V of an FE type electron-emitting device
f is determined by the electric field at the tip of the emitter derived by the Poisson equation, and the current density of the electron emission current according to a relational expression called Fowler-Nordheim equation using the electric field and the work function of the tip of the emitter as parameters.
【００４２】また、電子放出に必要な電界は、エミッタ
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.
【００４３】一方、陽極（アノード）上で得られる電子
ビーム（ビーム径）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／Ｖ
ａ）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 (beam diameter) obtained on the anode (anode)
(For example, the maximum reach distance from the center of the circular beam shape 137 in FIG. 13) is √ (Vf / V
It is expressed in a form proportional to a).
【００４４】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.
【００４５】これらの考察からＶｆを下げるためには、
極力、距離Ｄ及び曲率を小さくしなければならない。From these considerations, to lower Vf,
The distance D and the curvature must be reduced as much as possible.
【００４６】従来構成のビーム形状について図１３，図
１４を用いて説明する。The beam shape of the conventional configuration will be described with reference to FIGS.
【００４７】前述したスピント型電子放出素子の場合
は、図１３に示すように、エミッタ１３５と引き出し電
極１３４間にＶｆを印加すると、エミッタ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 the case of the above-mentioned Spindt-type electron-emitting device, as shown in FIG. 13, when Vf is applied between the emitter 135 and the extraction electrode 134, the electric field at the tip of the projection of the emitter 135 increases, and the electrons move from the vicinity of the cone tip. Removed in a vacuum.
【００４８】エミッタ１３５先端の電界はエミッタ１３
５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１３５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。The electric field at the tip of the emitter 135 is
Since the electrodes are formed with a certain finite area so as to conform to the shape of the five tips, the electrons to be taken out are drawn out vertically from the finite area of the tip of the emitter 135 with respect to the potential.
【００４９】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引
き出し電極１３４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 extracted in the direction of the extraction electrode 134 as a result.
【００５０】結果、円形の引き出し電極１３４が形成さ
れている場合に、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、
得られるビーム形状１３７は電子を引き出す引き出し電
極１３４の形状及びエミッタ１３５との距離に密接に関
係することを示している。As a result, when the circular extraction electrode 134 is formed, the electron distribution obtained on the anode 136 has a substantially circular beam shape 137. That is,
The obtained beam shape 137 indicates that it is closely related to the shape of the extraction electrode 134 for extracting electrons and the distance from the emitter 135.
【００５１】電子の引き出し方向をそろえた従来例とし
て、図１４に示すような横型ＦＥ型の電子放出素子の構
成がある。As a conventional example in which the directions of extracting electrons are aligned, there is a configuration of a horizontal FE type electron-emitting device as shown in FIG.
【００５２】図１４において、１４５はエミッタ電極、
１４４は引き出し電極（ゲート電極）である。なお、ア
ノード電極１４６はほとんどの場合、エミッタ電極１４
５及び引き出し電極１４４が設置されている基板１４１
と対向した基板上に設けられている。In FIG. 14, reference numeral 145 denotes an emitter electrode;
144 is an extraction electrode (gate electrode). The anode electrode 146 is almost always the emitter electrode 14
141 on which substrate 5 and extraction electrode 144 are provided
Are provided on the substrate facing the substrate.
【００５３】図１４の構成の場合には、エミッタ電極１
４５から放出された電子は引き出し電極１４４上におい
て、その一部は電子１４９のように真空中に取り出さ
れ、残りの電子は引き出し電極１４４に取り込まれる。In the case of the structure shown in FIG.
Some of the electrons emitted from 45 are extracted on the extraction electrode 144 in a vacuum like the electrons 149, and the remaining electrons are incorporated into the extraction electrode 144.
【００５４】この図１４に示す構成の場合には、エミッ
タ電極１４５からアノード電極１４６の向かう電界の方
向に対して、電子放出を行う電界（エミッタ電極１４５
から引き出し電極１４４に向かう電界）が垂直であるた
めに、放出された電子がアノード電極１４６で形成する
電子分布（ビーム形状１４７）が大きくなってしまう。
エミッタ電極１４５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、引き出し電極１４４方向に向
かった後に、縦方向電界によって引き上げられアノード
電極１４６に到達する。In the case of the structure shown in FIG. 14, an electric field for emitting electrons (emitter electrode 145) is applied to the direction of the electric field from emitter electrode 145 to anode electrode 146.
Since the electric field from the first electrode to the extraction electrode 144 is vertical, the electron distribution (beam shape 147) formed by the emitted electrons on the anode electrode 146 becomes large.
The electrons emitted from the emitter electrode 145 are firstly extracted by the horizontal electric field, and after heading toward the extraction electrode 144, are lifted by the vertical electric field and reach the anode electrode 146.
【００５５】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.
【００５６】横方向電界が、縦方向電界と比較して一桁
以上強い場合には、取り出された電子のほとんどは、放
射状電界によって次第に軌道を曲げられ、引き出し電極
１４４に向かう軌道をとる。引き出し電極１４４に衝突
した電子の一部は、再び放出される。When the horizontal electric field is stronger than the vertical electric field by one digit or more, most of the extracted electrons are gradually bent by the radial electric field and take a trajectory toward the extraction electrode 144. Some of the electrons that collide with the extraction electrode 144 are emitted again.
【００５７】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、やはり放射状電界によって軌
道が曲げられるものの、縦方向電界による影響により、
電界による束縛が緩くなり、引き出し電極１４４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 almost the same, the extracted electrons have their trajectories bent by the radial electric field, but are affected by the vertical electric field.
The binding by the electric field is relaxed, and an electron trajectory appears in the vertical electric field without colliding with the extraction electrode 144.
【００５８】この横方向電界と縦方向電界が同程度の
時、エミッタ１４５からの電子の放出点位置を次第に引
き出し電極１４４の属する平面（引き出し電極１４４表
面）からアノード電極１４６の属する平面側（電子放出
側）に持ち上げると、放出された電子は全く引き出し電
極１４４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。When the horizontal electric field and the vertical electric field are substantially the same, the position of the emission point of the electrons from the emitter 145 is gradually shifted from the plane to which the extraction electrode 144 belongs (the surface of the extraction electrode 144) to the plane to which the anode electrode 146 belongs (the electron When lifted to the emission side), the emitted electrons do not collide with the extraction electrode 144 at all, and can draw a trajectory captured by the vertical electric field.
【００５９】従来の構成では、引き出し電極１４４とエ
ミッタ電極１４５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、エミッタ電極１４５から放出さ
れた電子の一部は、引き出し電極１４４に衝突する。In the conventional configuration, the extraction electrode 144 and the emitter electrode 145 are not only formed on the same plane and at substantially the same height but also because the horizontal electric field is one digit or more stronger than the vertical electric field. Some of the electrons emitted from the emitter electrode 145 collide with the extraction electrode 144.
【００６０】さらに、一般に、引き出し電極１４４は金
属であり、電子が絶え間なく引き出し電極１４４上に衝
突する際に発生する熱、及び引き出し電極１４４に流れ
る電流等により、熱的に振動している金属原子がイオン
化して格子の周期ポテンシャルを超えて移動するエレク
トロマイグレーションが起こり、引き出し電極１４４が
高融点金属であっても、ボイドを発生し、クラックに発
展して破断し断線に至る等の損傷が発生する場合があっ
た。Further, in general, the extraction electrode 144 is a metal, and is a metal which is thermally vibrated by heat generated when electrons constantly collide with the extraction electrode 144, a current flowing through the extraction electrode 144, and the like. Electromigration occurs in which atoms are ionized and move beyond the periodic potential of the lattice, and even if the extraction electrode 144 is a refractory metal, voids are generated, and damage such as cracking and breakage leading to disconnection occurs. Occurred in some cases.
【００６１】この損傷は、引き出し電極１４４の膜厚が
薄くなる程、電流密度が高くなるので、顕著になる。This damage becomes more remarkable because the current density increases as the thickness of the extraction electrode 144 decreases.
【００６２】一方、炭素を主成分とした物質または炭化
金属では、エレクトロマイグレーションが起こり難く、
更に化学的にも安定で、硬く、高融点であるため、電子
が散乱（衝突）する引き出し電極１４４に適している。On the other hand, in the case of a substance containing carbon as a main component or a metal carbide, electromigration hardly occurs.
Further, since it is chemically stable, hard and has a high melting point, it is suitable for the extraction electrode 144 from which electrons are scattered (collised).
【００６３】前述したように、アノード電極１４６に到
達する電子分布（ビーム形状１４７）を小さくして、さ
らに駆動の際に損傷が起こらないようにするためには、 （１）Ｖｆを下げる （２）電子の引き出し方向を揃える （３）電子の軌道と散乱機構（特に弾性散乱）を考慮す
る （４）引出し電極に耐電子衝撃処理（エレクトロマイグ
レーションの防止）を施すことが必要である。As described above, in order to reduce the distribution of electrons (beam shape 147) reaching the anode electrode 146 and prevent damage during driving, (1) lower Vf (2) ) Uniform electron extraction direction (3) Consider the electron trajectory and scattering mechanism (especially elastic scattering). (4) Electron impact treatment (prevention of electromigration) needs to be performed on the extraction electrode.
【００６４】本発明は、効率の向上と電子分布の微細化
と均一性の高い電子放出素子を得ることを目的として、
上述の考え方を元に鋭意検討されたものであり、電子放
出部を微細突起として上記（１）を可能とし、絶縁基板
上に形成された一対の電極側のみに形成して上記（２）
を可能とし、引き出し電極の属する平面からアノードの
属する平面側に持ち上げた構成として上記（３）に対応
し、同時に引き出し電極を強化して上記（４）を可能と
する構成である。The object of the present invention is to provide an electron-emitting device having improved efficiency, finer electron distribution and higher uniformity.
The present invention has been intensively studied on the basis of the above-described concept, and the above-mentioned (2) has been made possible by forming the electron-emitting portion as fine projections to enable the above (1) and forming it only on the pair of electrodes formed on the insulating substrate.
And corresponds to the above (3) as a configuration raised from the plane to which the extraction electrode belongs to the plane to which the anode belongs, and at the same time, the above-mentioned (4) is possible by strengthening the extraction electrode.
【００６５】以下に、本発明の具体的な構成である実施
の形態を説明する。An embodiment which is a specific configuration of the present invention will be described below.
【００６６】図１（ａ）は、実施の形態に係る電子放出
素子の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ
間断面図である。FIG. 1A is a plan view of the electron-emitting device according to the embodiment, and FIG. 1B is a sectional view taken on line AA of FIG.
FIG.
【００６７】図１において１は絶縁性の基板、２は引き
出し電極（「ゲート電極」又は「第１電極」）、３は陰
極電極（「第２電極」）、４は複数の突起から構成され
る電子放出部材（エミッタ）、５は耐電子衝突材料であ
る。In FIG. 1, 1 is an insulating substrate, 2 is an extraction electrode (“gate electrode” or “first electrode”), 3 is a cathode electrode (“second electrode”), and 4 is a plurality of projections. The electron-emitting members (emitters) 5 are electron-impact resistant materials.
【００６８】また、図２は実施の形態に係る電子放出素
子の製造方法の一例である。以下、図２に沿って、本実
施の形態に係る電子放出素子の製造方法の一例を説明す
る。FIG. 2 shows an example of a method of manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment. Hereinafter, an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
【００６９】予め、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、Ｋ等に一部置
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
のセラミックス等の絶縁性基板を基板１とする（図２
（ａ））。In advance, the surface is sufficiently cleaned, and the content of impurities such as quartz glass, Na and the like is reduced, glass partially substituted with K and the like, blue plate glass, silicon substrate and the like are coated with SiO 2 by a sputtering method or the like. The laminated substrate and an insulating substrate made of ceramics such as alumina are used as the substrate 1 (FIG. 2).
(A)).
【００７０】上記基板１上に引き出し電極（第１電極）
２及び陰極電極（第２電極）３を積層する（図２
（ｂ））。An extraction electrode (first electrode) on the substrate 1
2 and a cathode electrode (second electrode) 3 (FIG. 2
(B)).
【００７１】引き出し電極２及び陰極電極３は、導電性
を有しており、蒸着法，スパッタ法等の一般的真空成膜
技術，フォトリソグラフィ技術により形成される。引き
出し電極２及び陰極電極３の材料は、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。引き出
し電極２及び陰極電極３の厚さとしては、数十ｎｍから
数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 extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 have conductivity, and are formed by a general vacuum film forming technique such as a vapor deposition method and a sputtering method, and a photolithography technique. 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. The thickness of the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 is set in a range from several tens of nm to several μm. Preferably, carbon, metal,
A heat-resistant material of metal nitride or metal carbide is desirable.
【００７２】なお、この引き出し電極２及び陰極電極３
の厚さが薄いために電位降下等が心配される時、あるい
はマトリクス配列でこの電子放出素子を用いる場合は必
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。The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3
When the electron emission element is used in a matrix arrangement, a low-resistance wiring metal material should be used in parts that do not contribute to electron emission, if the electron emission element is used in a matrix arrangement when the thickness is too thin. There is.
【００７３】引き出し電極（ゲート電極）２と陰極電極
３の間隔は、前述したように、用いる電子放出部材４の
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１０倍程度の値になるように、
素子電圧と間隔を決めればよい。As described above, the distance between the extraction electrode (gate electrode) 2 and the cathode electrode 3 depends on the electron emission electric field (lateral electric field) of the material of the electron emission member 4 to be used and the vertical electric field required for image formation. When comparing the electric fields, the electron emission electric field is about 1 to 10 times the value of the vertical electric field,
The element voltage and the interval may be determined.
【００７４】例えば、陽極（アノード）と陰極電極３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
き電子放出部材４の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、素子電圧を
決めればよい。For example, when 10 kV is applied between the anode (anode) and the cathode electrode 3 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 material of the electron emission member 4 to be used is a material having an electron emission field larger than 5 V / μm, and the interval and the device voltage are determined so as to correspond to the selected electron emission field. I just need.
【００７５】次に、陽極（アノード）へ向けて複数の突
起からなる電子放出部材４を陰極電極（第２電極）３上
に蒸着する（図２（ｃ））。Next, an electron emitting member 4 composed of a plurality of protrusions is deposited on the cathode electrode (second electrode) 3 toward the anode (anode) (FIG. 2C).
【００７６】電子放出材料からなる電子放出部材４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ＲＩ
Ｅ等の手法を用いて複数の突起を加工する場合と、ＣＶ
Ｄにおける核成長を利用した針状結晶の成長や、ひげ結
晶の成長等を利用する場合がある。The electron emitting member 4 made of an electron emitting material is formed by depositing a film deposited by a general vacuum film forming method such as a sputtering method on an RI.
E, etc., when processing a plurality of projections
In some cases, the growth of needle-like crystals using the nucleus growth in D, the growth of whiskers, etc. may be used.
【００７７】突起の形状の制御は、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等に
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，成長温度等で制御される。In the case of RIE, the shape of the projection is controlled by
It 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.
【００７８】複数の突起を構成する電子放出部材４に用
いる材料は、好ましくはＷ，Ｔａ，Ｍｏ，等の耐熱性の
材料、あるいはＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，Ｓｉ
Ｃ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ2，ＺｒＢ2，ＬａＢ6，Ｃ
ｅＢ6，ＹＢ4，ＧｄＢ4等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，
ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボンの
ｓｐ2結合及びｓｐ3結合を含有するアモルファスカーボ
ン、カーボンのｓｐ2結合からなるグラファイト、カー
ボンのｓｐ2及びｓｐ3結合を含有するダイヤモンドライ
クカーボン、カーボンのｓｐ3結合からなるダイヤモン
ドを分散した炭素及び炭素化合物が好ましく適用され
る。また、繊維状カーボンはそれ自体、突起形状である
ので本発明の突起として非常に好適である。The material used for the electron-emitting member 4 constituting the plurality of protrusions is preferably a heat-resistant material such as W, Ta, Mo, or the like, or TiC, ZrC, HfC, TaC, Si.
Carbides such as C and WC, HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 , C
Borides such as eB 6 , YB 4 , GdB 4 , TiN, ZrN,
Nitride such as HfN, semiconductor such as Si, Ge, etc., amorphous carbon containing sp 2 bond and sp 3 bond of carbon, graphite consisting of sp 2 bond of carbon, diamond like containing sp 2 and sp 3 bond of carbon Carbon and carbon compounds in which diamond composed of carbon and sp 3 bonds of carbon are dispersed are preferably applied. In addition, since fibrous carbon itself has a projection shape, it is very suitable as the projection of the present invention.
【００７９】なお、本発明における「繊維状カーボン」
とは、「炭素を主成分とする柱状物質」あるいは、「炭
素を主成分とする線状物質」ということもできる。ま
た、「繊維状カーボン」とは、「炭素を主成分とするフ
ァイバ」ということもできる。そして、また、本発明に
おける「繊維状カーボン」とは、より具体的には、カー
ボンナノチューブ，グラファイトナノファイバ，アモル
ファスカーボンファイバを含む。In the present invention, “fibrous carbon”
Can also be referred to as a "columnar substance mainly composed of carbon" or a "linear substance mainly composed of carbon". Further, “fibrous carbon” can also be referred to as “fiber mainly composed of carbon”. Further, the “fibrous carbon” in the present invention more specifically includes carbon nanotubes, graphite nanofibers, and amorphous carbon fibers.
【００８０】本実施の形態の電子放出素子の性能をより
有効にする数Ｖ／μｍの閾値電界を持つ材料として、触
媒を用いて炭化水素ガスを分解してできるカーボンナノ
チューブを図１１に示す。FIG. 11 shows a carbon nanotube formed by decomposing a hydrocarbon gas using a catalyst as a material having a threshold electric field of several V / μm which makes the performance of the electron-emitting device of this embodiment more effective.
【００８１】図１１では、一番左側に光学顕微鏡レベル
（〜１０００倍）で見える形態、真中は走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）レベル（〜３００００倍）で見える形態、右
側は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）レベル（〜１００万倍）
で見えるカーボンナノチューブの形態を模式的に示して
いる。In FIG. 11, the leftmost form is an optical microscope level (up to 1000 times), the middle is a scanning electron microscope (SEM) level (up to 30000 times), and the right side is a transmission electron microscope (TEM) level. (Up to 1 million times)
Schematically shows the form of the carbon nanotubes that can be seen from FIG.
【００８２】カーボンナノチューブは、グラフェンが円
筒形状に構成され、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。The threshold value of the carbon nanotube is the lowest when graphene is formed in a cylindrical shape, particularly when the tube tip is opened.
【００８３】あるいは、カーボンナノチューブと同様に
触媒を用い、比較的低温で生成されるグラファイトナノ
ファイバを図１２に示す。グラファイトナノファイバ
は、グラフェンの積層体で構成されている。Alternatively, a graphite nanofiber produced at a relatively low temperature using a catalyst similarly to the carbon nanotube is shown in FIG. Graphite nanofibers are composed of a stack of graphene.
【００８４】カーボンナノチューブとグラファイトナノ
ファイバは、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でき
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 and both structures can be selected depending on the temperature. There are times when you can't.
【００８５】これらの繊維状カーボンは電子放出の閾値
が１Ｖ〜１０Ｖ／μｍ程度であり、本実施の形態の電子
放出部材４として好ましい。These fibrous carbons have an electron emission threshold of about 1 V to 10 V / μm, and are preferable as the electron emission member 4 of the present embodiment.
【００８６】繊維状カーボンはグラファイト構造あるい
はアモルファス構造カーボンからなりその混合の形態を
とる場合もある。The fibrous carbon is composed of a graphite structure or an amorphous structure carbon, and may take a mixed form.
【００８７】前述の触媒材料としては、Ｆｅ，Ｃｏ等が
使用されるが、Ｐｄ，Ｎｉにおいても繊維状カーボン形
成用の核として用いることができる。As the above-mentioned catalyst material, Fe, Co or the like is used, but Pd and Ni can also be used as nuclei for forming fibrous carbon.
【００８８】Ｐｄ，Ｎｉにおいては低温（４５０℃以上
の温度）で繊維状カーボンを生成することが可能であ
る。Ｆｅ，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，Ｎｉを用いて
の繊維状カーボンの作成は、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。Pd and Ni can produce fibrous carbon at a low temperature (450 ° C. or higher). Since the production temperature of carbon nanotubes using Fe and Co needs to be 800 ° C. or higher, the production of fibrous carbon using Pd and Ni can be performed at low temperatures, so that it affects other members and production costs. It is also preferable from the viewpoint of.
【００８９】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 nucleation material by using the property that oxides are reduced by hydrogen at a low temperature (room temperature).
【００９０】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,
As a general nucleation technique, it is possible to form an initial aggregation nucleus at a relatively low temperature (200 ° C. or lower) without using a conventional thermal aggregation of a metal thin film.
【００９１】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，プロピレン等の炭化水素ガ
ス、あるいはエタノールやアセトン等の有機溶剤の蒸気
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.
【００９２】電子放出部材４を構成する複数の突起を陰
極電極３端の引き出し電極（ゲート電極）２寄りに並べ
る最も単純な例は、陰極電極３上に一本の繊維状エミッ
タを配置したものであるが、低電圧で必要な電界を得る
ためには、図１に示すように複数の突起を形成するのが
有利であるし、プロセスも容易である。The simplest example of arranging a plurality of projections constituting the electron-emitting member 4 near the extraction electrode (gate electrode) 2 at the end of the cathode electrode 3 is one in which one fiber emitter is arranged on the cathode electrode 3. However, in order to obtain a required electric field at a low voltage, it is advantageous to form a plurality of protrusions as shown in FIG. 1 and the process is easy.
【００９３】図１に示したように、電子は最も引き出し
電極２に近い位置に配置された複数の突起の先端から放
出される。電子放出に関与に係わらず、複数の突起が形
成された領域を以後電子放出領域と呼ぶ。As shown in FIG. 1, electrons are emitted from the tips of a plurality of projections arranged closest to the extraction electrode 2. A region where a plurality of protrusions are formed irrespective of electron emission is hereinafter referred to as an electron emission region.
【００９４】次に、引き出し電極２上に耐電子衝突材料
５の層を被覆する（図２（ｄ））。耐電子衝突材料５
は、引出し電極２と同様に導電性を有しており、電子の
散乱（衝突）の際に、エレクトロマイグレーションを起
こさないように、炭素を主成分とする化合物または金属
の炭化物から選択される。Next, a layer of the electron collision resistant material 5 is coated on the extraction electrode 2 (FIG. 2D). Electron impact resistant material 5
Has the same conductivity as the extraction electrode 2, and is selected from a compound containing carbon as a main component or a metal carbide so as not to cause electromigration at the time of electron scattering (collision).
【００９５】耐電子衝突材料５としては、例えば、グラ
ファイト、不純物を添加したダイヤモンド，ダイヤモン
ドライクカーボン，アモルファスカーボンや、高融点金
属であるＣｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ及びＺｒ等
を含有する炭化物が挙げられる。The electron collision resistant material 5 contains, for example, graphite, diamond to which impurities are added, diamond-like carbon, amorphous carbon, and high melting point metals such as Cr, Mo, Nb, Ta, Ti, W and Zr. Carbide.
【００９６】特に、ｓｐ2結合を含有する炭素を主成分
とする膜を耐電子衝突材料５の層として引き出し電極２
上に形成する一例としては、電子ビームを利用した気相
堆積によって行なうことができる。図３にこの工程の模
式図を示す。In particular, a film mainly composed of carbon containing sp 2 bonds is used as a layer of the electron collision resistant material 5 to form the extraction electrode 2.
As an example of the formation on the upper side, it can be performed by vapor phase deposition using an electron beam. FIG. 3 shows a schematic diagram of this step.
【００９７】図３に示すように、耐電子衝突材料５を構
成する元素を含む、ガス雰囲気下において、陰極電極３
に対して正の電圧を引き出し電極２に印加して放出電子
（電子ビーム）を発生させると（図３（ａ））、電子ビ
ームが有機ガスを分解して、引き出し電極２上に耐電子
衝突材料５が堆積され、被覆される（図３（ｂ））。As shown in FIG. 3, in a gas atmosphere containing the elements constituting the electron collision resistant material 5, the cathode electrode 3
When a positive voltage is applied to the extraction electrode 2 to generate emitted electrons (electron beam) (FIG. 3A), the electron beam decomposes the organic gas and impinges on the extraction electrode 2 against electron collision. Material 5 is deposited and coated (FIG. 3 (b)).
【００９８】上記ガスとしては、例えば、アルカン，ア
ルケンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコ
ール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノー
ル、カルボン，スルホン酸等の有機酸類等で、具体的に
はメタン等の飽和炭化水素、エチレン，プロピレン，ア
セチレン等の不飽和炭化水素、ベンゼン，トルエン，ト
ルニトリル，ベンゾニトリル，２−メチルベンゾフェノ
ン等の芳香族炭化水素類等の有機ガスが適用できる。Examples of the gas include aliphatic hydrocarbons of alkanes and alkenes, aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, amines, phenols, carboxylic acids, and organic acids such as sulfonic acids. More specifically, organic gases such as saturated hydrocarbons such as methane, unsaturated hydrocarbons such as ethylene, propylene and acetylene, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, tolunitrile, benzonitrile and 2-methylbenzophenone are used. it can.
【００９９】ガスの分圧は、ガス成分にもよるが、１×
１０-5Ｐａ〜５×１０3Ｐａの範囲で設定され、好まし
くは、１×１０-4Ｐａ〜１×１０-2Ｐａの範囲から選択
される。The partial pressure of the gas depends on the gas component, but is 1 ×
It is set in the range of 10 −5 Pa to 5 × 10 3 Pa, and is preferably selected from the range of 1 × 10 −4 Pa to 1 × 10 −2 Pa.
【０１００】電子ビームは、電子放出素子を駆動する素
子電圧にて発生させることが好ましい。また、本工程に
おいて、電子ビームにて有機ガスを分解する際に、基板
１の温度を予め上昇させておき、炭素を主成分とした堆
積物（耐電子衝突材料５）の結晶性を向上させる場合も
ある。基板１温度は電子放出素子を形成する部材に影響
を与えない、９００℃以下が好ましい。The electron beam is preferably generated at a device voltage for driving the electron-emitting device. Further, in this step, when the organic gas is decomposed by the electron beam, the temperature of the substrate 1 is raised in advance to improve the crystallinity of the deposit mainly composed of carbon (the electron collision resistant material 5). In some cases. The temperature of the substrate 1 is preferably 900 ° C. or less, which does not affect the members forming the electron-emitting devices.
【０１０１】以上により、本実施の形態に係る電子放出
素子が完成する。As described above, the electron-emitting device according to the present embodiment is completed.
【０１０２】次に、本実施の形態に係る電子放出素子の
動作について、図６，図７を用いて説明する。Next, the operation of the electron-emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
【０１０３】数μｍのギャップを持つ電子放出素子を、
図６に示すような真空装置６０に設置し、真空排気装置
６３によって内部を１０-4Ｐａ程度に到達するまで十分
に排気した、図６に示したように高電圧電源を用いて基
板１から数ミリの高さＨの位置にアノード６１を設け、
基板１とアノード６１間に数ｋＶからなるアノード電圧
Ｖａを印加した。An electron-emitting device having a gap of several μm is
It was installed in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6, and the inside was sufficiently evacuated by a vacuum evacuation device 63 until it reached about 10 -4 Pa. As shown in FIG. An anode 61 is provided at a height H of several millimeters,
An anode voltage Va of several kV was applied between the substrate 1 and the anode 61.
【０１０４】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.
【０１０５】電子放出素子には、陰極電極３と引き出し
電極２間に素子電圧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、基板１とアノ
ード６１間にアノード電圧Ｖａを印加して流れる電子放
出電流Ｉｅをそれぞれ計測した。In the electron-emitting device, a device current If flows by applying a pulse voltage of about several tens of volts as a device voltage Vf between the cathode electrode 3 and the extraction electrode 2, and an anode voltage Va between the substrate 1 and the anode 61. Was applied, and the electron emission current Ie flowing was measured.
【０１０６】この時、等電位線６６は、図６のように形
成され、最も電界の集中する点は６４で示される電子放
出部材４の最もアノード６１寄り、かつ陰極電極３と引
き出し電極２間のギャップの内側の場所である。At this time, the equipotential lines 66 are formed as shown in FIG. 6, and the point at which the electric field concentrates is closest to the anode 61 of the electron emitting member 4 indicated by 64 and between the cathode electrode 3 and the extraction electrode 2. The location inside the gap.
【０１０７】この電界集中点６４近傍に位置する電子放
出部材４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 members 4 located near the electric field concentration point 64.
【０１０８】電子放出素子の電子放出電流Ｉｅ特性は、
図７に示すように、印加する素子電圧Ｖｆの約半分から
電子放出電流Ｉｅが急激に立ち上がる特性であった。ま
た、不図示である素子電流Ｉｆは、電子放出電流Ｉｅの
特性に類似していたが、その値は電子放出電流Ｉｅと比
較して十分に小さな値であった。The electron emission current Ie characteristic of the electron emission element is as follows.
As shown in FIG. 7, the electron emission current Ie rapidly rises from about half of the applied device voltage Vf. The device current If (not shown) was similar to the characteristics of the electron emission current Ie, but its value was sufficiently smaller than the electron emission current Ie.
【０１０９】さらに、この状態で電子放出素子を長時間
駆動しても、電子衝突による引き出し電極２のエレクト
ロマイグレーション等は観測されず、電子放出電流Ｉｅ
は安定して長期にわたって維持されていた。Further, even if the electron-emitting device is driven for a long time in this state, electromigration of the extraction electrode 2 due to electron collision is not observed, and the electron emission current Ie
Has been stable and maintained for a long time.
【０１１０】同一の製造方法により作製した本実施の形
態に係る電子放出素子Ａ，Ｂ，Ｃの３つについて、素子
電圧Ｖｆ，アノード電圧Ｖａ，高さＨを一定にして駆動
した場合の電子放出電流Ｉｅ変動を図５（ａ）に示し
た。Electron emission when the three electron-emitting devices A, B, and C according to the present embodiment manufactured by the same manufacturing method are driven with the device voltage Vf, the anode voltage Va, and the height H kept constant. The variation of the current Ie is shown in FIG.
【０１１１】３つの電子放出素子Ａ，Ｂ，Ｃともに時間
に対する電子放出電流Ｉｅの変動が少なく安定してい
た。In all three electron-emitting devices A, B, and C, the fluctuation of the electron emission current Ie with respect to time was small and stable.
【０１１２】これに対する比較として、引き出し電極２
上に耐電子衝突材料５を被覆する処理（図２（ｄ）にあ
たる）を省き、それ以外は同一の製造方法において作製
した電子放出素子Ｄ，Ｅ，Ｆの３つについて、上記と同
様な条件にて駆動した場合の電子放出電流Ｉｅ変動を図
５（ｂ）に示した。For comparison, the extraction electrode 2
The process of coating the electron impact resistant material 5 on the top (corresponding to FIG. 2D) is omitted, and the other conditions are the same for the three electron-emitting devices D, E, and F manufactured by the same manufacturing method. FIG. 5 (b) shows the fluctuation of the electron emission current Ie when driven by.
【０１１３】電子放出素子Ｄの電子放出電流Ｉｅは安定
していたが、電子放出素子Ｅではエレクトロマイグレー
ションによる引き出し電極２の後退によるものと思われ
る電子放出電流Ｉｅの減衰が起こり、電子放出素子Ｆで
は、エレクトロマイグレーションによる電子放出素子Ｆ
の破壊が生じたと思われる電子放出電流Ｉｅの急降下が
見られた。Although the electron emission current Ie of the electron-emitting device D was stable, the electron-emitting device E attenuated due to the retreat of the extraction electrode 2 due to electromigration. Then, the electron-emitting device F by electromigration
A sharp drop in the electron emission current Ie, which is considered to have caused breakdown, was observed.
【０１１４】即ち、本願発明の特徴の一つである引き出
し電極２上への耐電子衝突材料５の被覆処理を行わない
と、引き出し電極２の後退や放電により、各電子放出素
子ごとの特性がバラついてしまう。That is, unless the coating process of the electron collision resistant material 5 on the extraction electrode 2, which is one of the features of the present invention, is not performed, the characteristics of each electron-emitting device are reduced due to the retraction or discharge of the extraction electrode 2. It will be rose.
【０１１５】以下この原理に基づき、本実施の形態に係
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、図８，図９を用いて説明する。An image forming apparatus obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices according to the present embodiment based on this principle will be described below with reference to FIGS.
【０１１６】電子放出素子を複数配して得られる単純マ
トリクス配線の電子源について、図８を用いて説明す
る。図８は、本実施の形態に係る電子源を示している。A simple matrix wiring electron source obtained by disposing a plurality of electron-emitting devices will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an electron source according to the present embodiment.
【０１１７】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。８４は上記で説
明した本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 the electron-emitting device according to the present embodiment described above, and 85 is a connection.
【０１１８】Ｘ方向配線８２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，．．
Ｄｘｍのｍ本の配線からなり、真空蒸着法，印刷法，ス
パッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成する
ことができる。配線の材料，膜厚，巾は、適宜設計され
る。The X-direction wirings 82 are Dx1, Dx2,. .
It is composed of m Dxm wirings, and can be made of a conductive metal or the like formed by vacuum deposition, printing, sputtering, or the like. The material, thickness and width of the wiring are appropriately designed.
【０１１９】Ｙ方向配線８３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，．．
Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、Ｘ方向配線８２と同様に
形成される。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）。The Y-direction wiring 83 includes Dy1, Dy2,. .
It is composed of n Dyn wirings and is formed in the same manner as the X-directional wiring 82. An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-directional wirings 82 and the n Y-directional wirings 83, and electrically separates them (m and n are both common). Positive integer).
【０１２０】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法，印刷
法，スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ2等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線８２を形成した電子源基体
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８２とＹ方向配線８３の交差部の電位差に耐え
得るように、膜厚，材料，製法が適宜設定される。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。An interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by using a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. For example, the electron source base 81 on which the X-direction wirings 82 are formed is formed in a desired shape on the entire surface or a part thereof.
The film thickness, material, and manufacturing method are appropriately set so as to withstand the potential difference at the intersection of the directional wiring 82 and the Y-directional wiring 83. The X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are led out as external terminals.
【０１２１】電子放出素子８４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。A pair of electrodes (not shown) constituting the electron-emitting device 84 are electrically connected to the m X-directional wires 82 and the n Y-directional wires 83 by a connection 85 made of a conductive metal or the like. I have.
【０１２２】Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３を構成す
る材料、結線８５を構成する材料及び電子放出素子８４
の一対の素子電極を構成する材料は、その構成元素の一
部あるいは全部が同一であっても、またそれぞれ異なっ
てもよい。これら材料は、例えば前述の素子電極の材料
より適宜選択される。素子電極を構成する材料と配線材
料が同一である場合には、素子電極に接続した配線は素
子電極ということもできる。The material forming the X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83, the material forming the connection 85, and the electron-emitting device 84
Some or all of the constituent elements of the material forming the pair of device electrodes may be the same or different. These materials are appropriately selected from, for example, the above-described materials for the device electrodes. When the material forming the element electrode is the same as the wiring material, the wiring connected to the element electrode can also be called an element electrode.
【０１２３】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した電
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。一方、Ｙ方
向配線８３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子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。各電子放出素子８４に印加
される素子電圧は、当該電子放出素子８４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。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 84 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 82. On the other hand, a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the electron-emitting devices 84 arranged in the Y direction according to an input signal is connected to the Y-direction wiring 83. The device voltage applied to each electron-emitting device 84 is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the electron-emitting device 84.
【０１２４】上記構成においては、Ｘ方向配線８２及び
Ｙ方向配線８３による単純なマトリクス配線を用いて、
個別の電子放出素子８４を選択し、独立に駆動可能とし
ている。In the above configuration, a simple matrix wiring composed of the X-directional wiring 82 and the Y-directional wiring 83 is used.
Individual electron-emitting devices 84 are selected and can be driven independently.
【０１２５】このような単純マトリクス配線の電子源を
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、画像形成装置の表示パネルの一例を示
す模式図である。An image forming apparatus constructed using such an electron source of a simple matrix wiring will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus.
【０１２６】図９において、８１は電子放出素子８４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。９２は支持枠であり、該支持枠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。外囲器９７は、例えば大
気中、真空中あるいは、窒素中で、４００〜５００℃の
温度範囲で１０分以上焼成することで、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 84 are arranged; 91, a rear plate on which the electron source substrate 81 is fixed; It is a formed face plate. 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. The envelope 97 is sealed by firing at a temperature range of 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more, for example, in the air, in a vacuum, or in nitrogen.
【０１２７】外囲器９７は、上述の如く、フェースプレ
ート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成され
る。リアプレート９１は主に電子源基体８１の強度を補
強する目的で設けられるため、電子源基体８１自体で十
分な強度を持つ場合は別体のリアプレート９１は不要と
することができる。即ち、電子源基体８１に直接支持枠
９２を封着し、フェースプレート９６、支持枠９２及び
電子源基体８１で外囲器９７を構成しても良い。The envelope 97 includes the face plate 96, the support frame 92, and the rear plate 91 as described above. Since the rear plate 91 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the electron source base 81, if the electron source base 81 itself has sufficient strength, the separate rear plate 91 can be omitted. That is, the support frame 92 may be directly sealed to the electron source base 81, and the envelope 97 may be constituted by the face plate 96, the support frame 92, and the electron source base 81.
【０１２８】一方、フェースプレート９６とリアプレー
ト９１間に、スペーサと呼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９７を構成することもできる。On the other hand, by providing a support (not shown) called a spacer between the face plate 96 and the rear plate 91, the envelope 97 having sufficient strength against atmospheric pressure can be formed.
【０１２９】（実施例）以下、本実施の形態についての
具体的な実施例を詳細に説明する。(Example) Hereinafter, a specific example of the present embodiment will be described in detail.
【０１３０】（第１の実施例）図１（ａ）は電子放出素
子を素子上部から見た様子を示し、図１（ｂ）は図１
（ａ）のＡ−Ａ間断面図を示す。(First Embodiment) FIG. 1A shows a state in which an electron-emitting device is viewed from above the device, and FIG.
(A) is a cross-sectional view taken along line A-A.
【０１３１】図１において、１は絶縁性の基板、２は引
き出し電極（ゲート）、３は陰極電極、４は電子放出部
材、５は耐電子衝突材料を示している。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an insulating substrate, 2 denotes an extraction electrode (gate), 3 denotes a cathode electrode, 4 denotes an electron emitting member, and 5 denotes an electron collision resistant material.
【０１３２】以下に、図４を用いて第１の実施例の電子
放出素子の製造工程を詳細に説明する。Hereinafter, the manufacturing process of the electron-emitting device according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.
【０１３３】（工程１（図４（ａ）））基板１として石
英基板を用い、十分洗浄を行った後、スパッタ法により
厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ３０ｎｍのＰｔを連続的に蒸
着を行なった。(Step 1 (FIG. 4 (a))) A quartz substrate was used as the substrate 1, and after sufficient cleaning, 5 nm thick Ti and 30 nm thick Pt were continuously deposited by sputtering. Was.
【０１３４】次に、フォトリソグラフィ工程で、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).
【０１３５】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，Ｔｉ層をＡｒを用いてドライ
エッチングを行い、電極ギャップ間が２μｍからなる引
き出し電極２及び陰極電極３を形成した。Next, the Pt layer and the Ti layer were dry-etched with Ar using the patterned photoresist as a mask to form a lead electrode 2 and a cathode electrode 3 having an electrode gap of 2 μm.
【０１３６】（工程２（図４（ｂ）））基板１全体にＣ
ｒをＥＢ蒸着にて約１００ｎｍの厚さに堆積した。(Step 2 (FIG. 4B)) C is applied to the entire substrate 1
r was deposited to a thickness of about 100 nm by EB evaporation.
【０１３７】フォトリソグラフィ工程で、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。In the photolithography step, a resist pattern was formed using a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant).
【０１３８】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、電子放出部材４を被覆すべき領域（１
００μｍ角）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 (1
(00 μm square) was formed on the cathode electrode 3, and Cr in the opening was removed with a cerium nitrate-based etchant.
【０１３９】フォト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１全体に塗布した。After removing the photoresist, a complex solution obtained by adding isopropyl alcohol or the like to the Pd complex was applied to the entire substrate 1 by spin coating.
【０１４０】塗布後、大気中３００℃で熱処理を行い、
酸化パラジウム４１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。After the coating, heat treatment is performed at 300 ° C. in the air.
After forming palladium oxide 41 to a thickness of about 10 nm,
Cr was removed with a cerium nitrate-based etchant.
【０１４１】（工程３（図４（ｃ）））基板１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３〜１０ｎｍの粒子４２が形成された。この時
の粒子４２の密度は約１０11〜１０12個／ｃｍ2と見積
もられた。(Step 3 (FIG. 4C)) The substrate 1 is
After heating to ℃ and evacuating the atmosphere, heat treatment was performed in a 2% hydrogen stream diluted with nitrogen. At this stage, particles 42 having a diameter of about 3 to 10 nm were formed on the element surface. At this time, the density of the particles 42 was estimated to be about 10 11 to 10 12 particles / cm 2 .
【０１４２】（工程４（図４（ｄ）））続いて、窒素希
釈した０．１％エチレン気流中で５００℃の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、Ｐ
ｄ塗布領域に直径１０〜２５ｎｍ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４３が形成されて
いるのがわかった。このとき繊維状カーボン４３の厚さ
は約５００ｎｍとなっていた。この微粒子４２と繊維状
カーボン４３が電子放出部材４である。即ち、繊維状カ
ーボン４３が電子放出部材４の突起となっている。(Step 4 (FIG. 4D)) Subsequently, a heat treatment was performed at 500 ° C. for 10 minutes in a 0.1% ethylene stream diluted with nitrogen. When this is observed with a scanning electron microscope, P
It was found that a large number of fibrous carbon 43 having a diameter of about 10 to 25 nm and extending in a fiber shape while bending was formed in the d application region. At this time, the thickness of the fibrous carbon 43 was about 500 nm. The fine particles 42 and the fibrous carbon 43 constitute the electron emission member 4. That is, the fibrous carbon 43 is a projection of the electron emission member 4.
【０１４３】（工程５（図４（ｅ）））電子放出素子を
図６に示すような真空装置６０に設置し、排気装置６３
により十分に排気した後、ガス導入バルブ６５より、ト
ルニトリルを２×１０-2Ｐａの分圧になるまで導入し
た。(Step 5 (FIG. 4E)) The electron-emitting device is set in a vacuum device 60 as shown in FIG.
After sufficient exhaust, tolunitrile was introduced from the gas introduction valve 65 until the partial pressure reached 2 × 10 −2 Pa.
【０１４４】そして、引き出し電極２及び陰極電極３間
に、引き出し電極２側を正として２０Ｖのパルス電圧
（１ｍｓｅｃ／１６ｍｓｅｃ）を３０分間印加した。Then, a pulse voltage of 20 V (1 msec / 16 msec) was applied between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 with the extraction electrode 2 side being positive for 30 minutes.
【０１４５】すると、電子放出部材４から放出された電
子がトルニトリルを分解して、引き出し電極２上に約２
０ｎｍの耐電子衝突材料５の被覆であるｓｐ2結合を含
有するカーボン膜が形成された。Then, the electrons emitted from the electron emitting member 4 decompose the tolunitrile, and the electron
A carbon film containing sp 2 bonds, which is a coating of the electron impact resistant material 5 having a thickness of 0 nm, was formed.
【０１４６】カーボン膜からなる耐電子衝突材料５の被
覆が形成された電子放出素子を真空装置６０中で、真空
排気装置６３によって２×１０-6Ｐａに到達するまで十
分に排気した。図６に示したように電子放出素子から高
さＨ＝２ｍｍ離れたアノード６１に、アノード電圧Ｖａ
＝１０ｋＶを印加した。The electron-emitting device on which the coating of the electron collision resistant material 5 made of a carbon film was formed was sufficiently exhausted in the vacuum device 60 by the vacuum exhaust device 63 until the electron-emitting device reached 2 × 10 −6 Pa. As shown in FIG. 6, an anode voltage Va is applied to the anode 61 at a height H = 2 mm away from the electron-emitting device.
= 10 kV was applied.
【０１４７】このとき、電子放出素子には、素子電圧Ｖ
ｆ＝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。At this time, the device voltage V is applied to the electron-emitting device.
A device current If flowing by applying a pulse voltage of f = 20 V and an electron emission current Ie were measured.
【０１４８】電子放出素子の電子放出電流Ｉｅ特性は、
図７に示すように、印加電圧の約半分から電子放出電流
Ｉｅが急激に増加し、素子電圧Ｖｆが２０Ｖでは約１μ
Ａの電子放出電流Ｉｅが測定された。また、電子放出電
流Ｉｅは時間に対して変動が少なく、安定した電子放出
電流Ｉｅを長期にわたって維持することができた。The electron emission current Ie characteristic of the electron emission element is as follows.
As shown in FIG. 7, the electron emission current Ie sharply increases from about half of the applied voltage, and when the element voltage Vf is 20 V, the electron emission current Ie is about 1 μm.
The electron emission current Ie of A was measured. Further, the electron emission current Ie has little variation with time, and a stable electron emission current Ie can be maintained for a long period of time.
【０１４９】一方、素子電流Ｉｆは、電子放出電流Ｉｅ
の特性に類似していたが、その値は電子放出電流Ｉｅと
比較して一桁小さな値であった。On the other hand, the device current If is the electron emission current Ie
, But the value was an order of magnitude smaller than the electron emission current Ie.
【０１５０】この駆動により電子放出素子から得られた
ビーム径は、Ｙ方向に細長く、Ｘ方向に短い、略矩形形
状であった。The diameter of the beam obtained from the electron-emitting device by this driving was a substantially rectangular shape elongated in the Y direction and short in the X direction.
【０１５１】Ｖｆ＝１５Ｖ、アノード６１までの間距離
Ｈ＝２ｍｍに一定に保ち、Ｖａを５ｋＶ，１０ｋＶ、引
き出し電極２と陰極電極３間のギャップを１μｍ，５μ
ｍに変更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 = 15 V, the distance H to the anode 61 is kept constant at 2 mm, Va is 5 kV and 10 kV, and the gap between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 is 1 μm and 5 μm.
Table 1 shows the measured beam widths when the beam width was changed to m.
【０１５２】[0152]
【表１】 上記の表１のようになった。[Table 1] The results are shown in Table 1 above.
【０１５３】このときの引き出し電極２を観察したとこ
ろ、本処理を行った電子放出素子の引き出し電極２の後
退や破壊は観測されなかった。Observation of the extraction electrode 2 at this time showed that no retraction or destruction of the extraction electrode 2 of the electron-emitting device subjected to this process was observed.
【０１５４】（第２の実施例）第２の実施例では、第１
の実施例における、引き出し電極２側に堆積させた耐電
子衝突材料５の被覆の質をさらに向上させた例について
示す。(Second Embodiment) In the second embodiment, the first
An example in which the quality of the coating of the electron-resistant material 5 deposited on the extraction electrode 2 side is further improved in the example of FIG.
【０１５５】（工程１）第１の実施例の工程１から工程
４と同様にして、基板１上に引き出し電極２及び陰極電
極３を形成し、陰極電極３上に繊維状カーボン４３を作
製した。(Step 1) The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 were formed on the substrate 1 and the fibrous carbon 43 was formed on the cathode electrode 3 in the same manner as in the steps 1 to 4 of the first embodiment. .
【０１５６】（工程２）第１の実施例の工程５と同様
に、電子放出素子を図６に示すような真空装置６０に設
置し、トルニトリルを２×１０-2Ｐａの分圧になるまで
導入し、引き出し電極２と陰極電極３間に、引出し電極
２側を正として２０Ｖのパルス電圧（１ｍｓｅｃ／１６
ｍｓｅｃ）を１時間印加した。(Step 2) As in step 5 of the first embodiment, the electron-emitting device is placed in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6 and tolunitrile is supplied until a partial pressure of 2 × 10 -2 Pa is reached. A pulse voltage of 20 V is applied between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 with the extraction electrode 2 side being positive (1 msec / 16
msec) for 1 hour.
【０１５７】本工程では、引き出し電極２と陰極電極３
間に電圧を印加する際に、予め基板１の温度を５００℃
に上昇させておいた。In this step, the extraction electrode 2 and the cathode 3
When a voltage is applied in between, the temperature of the substrate
Was raised.
【０１５８】このようにして引出し電極２上に１０ｎｍ
の耐電子衝突材料５の被覆であるカーボン膜を形成し
た。基板１の温度が室温であった第１の実施例に比べ、
カーボン膜の堆積レートは低かった。As described above, 10 nm is formed on the extraction electrode 2.
The carbon film which is a coating of the electron collision resistant material 5 was formed. Compared with the first embodiment in which the temperature of the substrate 1 was room temperature,
The deposition rate of the carbon film was low.
【０１５９】カーボン膜からなる耐電子衝突材料５の被
覆が形成された電子放出素子を第１の実施例と同様にし
て、Ｉｆ、Ｉｅの計測を行うと、長期にわたって非常に
安定したＩｅが観測された。When If and Ie are measured on the electron-emitting device on which the coating of the electron-resistant material 5 made of a carbon film is formed in the same manner as in the first embodiment, extremely stable Ie is observed over a long period of time. Was done.
【０１６０】（第３の実施例）第３の実施例では、第１
の実施例における、引き出し電極２側に堆積させた耐電
子衝突材料５の被覆をカーボンのｓｐ2結合を含有する
カーボンにて形成する。(Third Embodiment) In the third embodiment, the first
In this embodiment, the coating of the electron-resistant material 5 deposited on the extraction electrode 2 side is formed of carbon containing sp 2 bonds of carbon.
【０１６１】（工程１）第１の実施例の工程１から工程
４と同様にして、基板１上に引き出し電極２及び陰極電
極３を形成し、陰極電極３上に繊維状カーボン４３を作
製した。なお、本実施例では、引き出し電極２及び陰極
電極３の材料にＭｏを用いた。(Step 1) Extraction electrode 2 and cathode electrode 3 were formed on substrate 1 and fibrous carbon 43 was formed on cathode electrode 3 in the same manner as in steps 1 to 4 of the first embodiment. . In this example, Mo was used as the material of the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3.
【０１６２】（工程２）第１の実施例の工程５と同様
に、電子放出素子を図６に示すような真空装置６０に設
置し、ＣＨ3とＨ2（２０％、８０％）の混合ガスを３×
１０3Ｐａ導入し、基板１の温度を６００℃に上昇させ
て引き出し電極２及び陰極電極３間に、引出し電極２側
を正として２０Ｖのパルス電圧（１ｍｓｅｃ／１６ｍｓ
ｅｃ）を印加し、引出し電極２上にｓｐ2結合を含有す
るカーボン膜からなる耐電子衝突材料５の被覆を形成し
た。(Step 2) As in step 5 of the first embodiment, the electron-emitting device is set in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6 and mixed with CH 3 and H 2 (20%, 80%). 3x gas
10 3 Pa was introduced, the temperature of the substrate 1 was raised to 600 ° C., and a pulse voltage of 20 V (1 msec / 16 ms) between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 with the extraction electrode 2 side being positive.
ec) was applied to form a coating of the electron collision resistant material 5 made of a carbon film containing sp 2 bonds on the extraction electrode 2.
【０１６３】本実施例の電子放出素子を第１の実施例と
同様にして、Ｉｆ、Ｉｅの計測を行うと、長期にわたっ
て非常に安定したＩｅが観測された。When the electron-emitting device of this embodiment was measured for If and Ie in the same manner as in the first embodiment, extremely stable Ie was observed over a long period of time.
【０１６４】（第４の実施例）第４の実施例では、第１
の実施例における、引き出し電極２側に堆積させた耐電
子衝突材料の被覆を炭化金属により形成した。(Fourth Embodiment) In the fourth embodiment, the first
The coating of the electron-impact resistant material deposited on the extraction electrode 2 side in Example 1 was made of metal carbide.
【０１６５】（工程１）第１の実施例の工程１から工程
４と同様にして、基板１上に引き出し電極２及び陰極電
極３を形成し、陰極電極３上に繊維状カーボン４３を作
製した。(Step 1) The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 were formed on the substrate 1 and the fibrous carbon 43 was formed on the cathode electrode 3 in the same manner as in the steps 1 to 4 of the first embodiment. .
【０１６６】（工程２）第１の実施例の工程５と同様
に、電子放出素子を図６に示すような真空装置６０に設
置し、Ｗ（ＣＯ）6を２×１０-3Ｐａの分圧になるまで
導入し、引き出し電極２と陰極電極３間に、引き出し電
極２側を正として２０Ｖのパルス電圧（１ｍｓｅｃ／１
６ｍｓｅｃ）を３０分間印加した。このようにして、引
き出し電極２上に堆積した耐電子衝突材料５の被覆であ
る膜の組成はＷが５０％程度、Ｃが３０％程度であっ
た。(Step 2) As in step 5 of the first embodiment, the electron-emitting device is placed in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6, and W (CO) 6 is discharged at a dose of 2 × 10 −3 Pa. And a pulse voltage of 20 V between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 with the extraction electrode 2 side being positive (1 msec / 1
6 msec) for 30 minutes. In this manner, the composition of the film, which is the coating of the electron collision resistant material 5 deposited on the extraction electrode 2, was about 50% W and about 30% C.
【０１６７】この膜からなる耐電子衝突材料５の被覆が
形成された電子放出素子を第１の実施例と同様にして、
Ｉｆ、Ｉｅの計測を行うと、非常に安定したＩｅが観測
された。The electron-emitting device on which the coating of the electron-resistant material 5 made of this film was formed was formed in the same manner as in the first embodiment.
When If and Ie were measured, very stable Ie was observed.
【０１６８】（第５の実施例）本実施の形態に係る電子
放出素子を複数配して得られる画像形成装置の実施例に
ついて、図８，図９，図１０を用いて説明する。(Fifth Example) An example of an image forming apparatus obtained by disposing a plurality of electron-emitting devices according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8, 9, and 10. FIG.
【０１６９】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。８４は電子放出
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, and 85 is a connection.
【０１７０】複数配置したことに伴う電子放出素子８４
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。このため、電子放出素子８４の電子放出
領域のすぐ脇に、不図示の層間絶縁層を配し、電子放出
領域以外での容量性分の増加を低減する構造を採用し
た。Electron emitting device 84 associated with multiple arrangement
In the matrix wiring shown in FIG. 8, even if a short pulse accompanying the pulse width modulation is applied, the waveform becomes dull due to the capacitance component, and a problem occurs such that an expected gradation cannot be obtained. For this reason, a structure is employed in which an interlayer insulating layer (not shown) is disposed immediately beside the electron emission region of the electron emission element 84 to reduce an increase in the capacitance outside the electron emission region.
【０１７１】図８において、Ｘ方向配線８２は、Ｄｘ
１，Ｄｘ２，．．Ｄｘｍのｍ本の配線からなり、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。配線の材料，膜厚，
巾は、適宜設計される。In FIG. 8, the X-direction wiring 82 is Dx
1, Dx2,. . It is composed of m Dxm wirings, and is formed of an aluminum-based wiring material having a thickness of about 1 μm and a width of 300 μm formed by a vapor deposition method. Wiring material, film thickness,
The width is appropriately designed.
【０１７２】Ｙ方向配線８３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，．．
Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、蒸着法にて形成された厚
さ０．５μｍ，幅１００μｍのアルミニウム系配線材料
でＸ方向配線８２と同様に形成される。The Y-direction wiring 83 includes Dy1, Dy2,. .
It is formed in the same manner as the X-direction wiring 82 using an aluminum-based wiring material having a thickness of 0.5 μm and a width of 100 μm, which is formed of n Dyn wirings and formed by vapor deposition.
【０１７３】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）。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).
【０１７４】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。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８２とＹ方向配線８３
の交差部の電位差に耐え得るように、本実施例では１素
子当たりの素子容量が１ｐＦ以下、素子耐圧３０Ｖにな
るように層間絶縁層の厚さが決められている。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。An unshown interlayer insulating layer is formed of about 0.8 μm thick SiO 2 by using a sputtering method or the like. The X-directional wiring 82 and the Y-directional wiring 83 are 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 thickness of the interlayer insulating layer is determined so that the element capacitance per element is 1 pF or less and the element withstand voltage is 30 V so as to withstand the potential difference at the intersection of. The X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are led out as external terminals.
【０１７５】本実施例の電子放出素子８４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。A pair of electrodes (not shown) constituting the electron-emitting device 84 of this embodiment are electrically connected by m X-directional wirings 82, n Y-directional wirings 83, and a connection 85 made of a conductive metal or the like. It is connected to the.
【０１７６】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した電
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。一方、Ｙ方
向配線８３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子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。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 84 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 82. On the other hand, a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the electron-emitting devices 84 arranged in the Y direction according to an input signal is connected to the Y-direction wiring 83.
【０１７７】各電子放出素子８４に印加される素子電圧
は、当該電子放出素子８４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。本実施例においては、
Ｙ方向配線８３は高電位、Ｘ方向配線８２は低電位にな
るように接続された。このように接続することで、本発
明の特徴であるビームの収束効果が本実施例の画像形成
装置で得られた。The device voltage applied to each electron-emitting device 84 is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the electron-emitting device 84. In this embodiment,
The Y-direction wiring 83 was connected to a high potential and the X-direction wiring 82 was connected to a low potential. With such connection, the beam convergence effect, which is a feature of the present invention, was obtained by the image forming apparatus of this embodiment.
【０１７８】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の電子放出素子８４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 electron-emitting devices 84 can be selected and driven independently using a simple matrix wiring.
【０１７９】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す図であ
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 is a diagram showing a display panel of an image forming apparatus using soda lime glass as a glass substrate material.
【０１８０】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。９２は支持枠であり、該支持枠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℃の温度範囲で１０分焼成することにより封
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; and 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 sealed by firing in a vacuum at a temperature of 450 ° C. for 10 minutes.
【０１８１】８４は、図９における電子放出素子に相当
する。８２、８３は、電子放出素子８４の一対の素子電
極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。Reference numeral 84 corresponds to the electron-emitting device in FIG. Reference numerals 82 and 83 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the electron-emitting device 84.
【０１８２】外囲器９７は、上述の如く、フェースプレ
ート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成され
る。一方、フェースプレート９６とリアプレート９１間
に、スペーサと呼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９７を
構成した。The envelope 97 includes the face plate 96, the support frame 92, and the rear plate 91 as described above. On the other hand, by installing a support (not shown) called a spacer between the face plate 96 and the rear plate 91, an envelope 97 having sufficient strength against atmospheric pressure was formed.
【０１８３】メタルバック９５は、蛍光膜９４作製後、
蛍光膜９４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、真空蒸着等を
用いてＡｌを堆積させることで作られた。After the fluorescent film 94 is formed, the metal back 95 is
The inner surface of the phosphor film 94 was smoothed (usually called "filming"), and then Al was deposited by vacuum evaporation or the like.
【０１８４】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 the 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.
【０１８５】前述の外囲器９７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８４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 the envelope 97 is sealed, in the case of color, the phosphors of each color must correspond to the electron-emitting devices 84, and sufficient alignment is indispensable.
【０１８６】本実施例では電子源からの電子放出は引き
出し電極側に出射されるので、電子放出素子８４とフェ
ースプレート９６の透明電極間に１０ｋＶのアノード電
圧を印加し、電子源基板８１とフェースプレート９６の
透明電極間の距離２ｍｍの時は、対応する蛍光体を２０
０μｍ引き出し電極側に偏移して配置した。In this embodiment, since the electron emission from the electron source is emitted to the extraction electrode side, an anode voltage of 10 kV is applied between the electron emission element 84 and the transparent electrode of the face plate 96, and the electron source substrate 81 and the face When the distance between the transparent electrodes of the plate 96 is 2 mm, the corresponding phosphor is
It was displaced toward the 0 μm extraction electrode side.
【０１８７】この画像形成装置を駆動する駆動回路につ
いて、図１０を用いて説明する。図１０は、画像形成装
置を駆動する駆動回路を示す図である。A drive circuit for driving the image forming apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating a driving circuit that drives the image forming apparatus.
【０１８８】図１０において、走査回路１０２について
説明する。走査回路１０２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乃至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０Ｖ（グランドレベル）のいず
れか一方を選択し、上記の画像形成装置の表示パネル１
０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘ
ｍを通じて電気的に接続される。Referring to FIG. 10, the scanning circuit 102 will be described. The scanning circuit 102 includes m switching elements inside (in the drawing, S1 to Sm are schematically shown). Each switching element selects either the output voltage of the DC voltage source Vx or 0 V (ground level), and the display panel 1 of the image forming apparatus described above.
01 terminals Dx1 to Dxm and terminals Dox1 to Dox
m to be electrically connected.
【０１８９】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
グ素子を組み合わ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.
【０１９０】直流電圧源Ｖｘは、本実施例の場合には電
子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基づき走
査されていない電子放出素子に印加される素子電圧が電
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 the present embodiment, the DC voltage source Vx is configured such that the device voltage applied to the unscanned electron-emitting devices is based on the characteristics (electron-emitting threshold voltage) of the electron-emitting devices. It is set to output a constant voltage that is equal to or lower than the voltage.
【０１９１】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な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、Ｔｓｆｔ、及びＴ
ｍｒｙの各制御信号を発生する。The control circuit 103 has a function of matching the operation of each unit so that an appropriate display is performed based on an externally input image signal. The control circuit 103 sends Tscan, Tsft, and T to each unit based on the synchronization signal Tsync sent from the synchronization signal separation circuit 106.
mry control signals are generated.
【０１９２】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回路で、一般的な周波数分離
（フィルタ）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, and can be configured using a general frequency separating (filter) circuit or the like. .
【０１９３】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。
同期信号分離回路１０６により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。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 by the synchronization signal separation circuit 106 is represented as a DATA signal for convenience. The DATA signal is input to the shift register 104.
【０１９４】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／パラレル変換するもので、制御回路１０３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 performs serial / parallel conversion of a DATA signal input serially in time series for each line of an image, and operates based on a control signal Tsft sent from the control circuit 103 ( That is, it can be said that the control signal Tsft is a shift clock of the shift register 104.)
【０１９５】シフトレジスタ１０４でシリアル／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 (corresponding to the drive data for n electron-emitting devices) serial / parallel-converted by the shift register 104 is n of Id1 to Idn.
The signals are output from the shift register 104 as parallel signals.
【０１９６】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の並列信号の内容を記憶する。記憶
された内容は、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎ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 for one line of an image for a required time only, and stores the contents of parallel signals Id1 to Idn as appropriate according to a control signal Tmry sent from the control circuit 103. The stored contents are output as Id′1 to Id′n,
The signal is input to modulation signal generator 107.
【０１９７】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’ｎの各々に応じて電子放出素子の各々
を適切に駆動変調する信号源であり、その出力信号は、
端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１０１内
の本発明の電子電子放出素子に印加される。Modulated signal generator 107 outputs image data I
a signal source that appropriately drives and modulates each of the electron-emitting devices in accordance with each of d′ 1 to Id′n;
The voltage is applied to the electron-emitting devices of the present invention in the display panel 101 through the terminals Doy1 to Doyn.
【０１９８】前述したように、本発明が適用された電子
放出素子は、電子放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性
を有している。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧
Ｖｔｈ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。電子放出しきい値以上の電圧に対して
は、電子放出素子への印加電圧の変化に応じて電子放出
電流Ｉｅも変化する。As described above, the electron-emitting device to which the present invention is applied has the following basic characteristics with respect to the electron emission current Ie. That is, electron emission has a clear threshold voltage Vth, and electron emission occurs only when a voltage equal to or higher than Vth is applied. For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold, the electron emission current Ie also changes according to the change in the voltage applied to the electron emission element.
【０１９９】このことから、電子放出素子にパルス状の
電圧を印加する場合、例えば電子放出しきい値以下の電
圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出しきい
値以上の電圧（Ｖｔｈ以上）を印加する場合には電子ビ
ームが出力される。Thus, when a pulse-like voltage is applied to the electron-emitting device, for example, even if a voltage lower than the electron emission threshold is applied, no electron emission occurs, but a voltage higher than the electron emission threshold ( (Vth or more), an electron beam is output.
【０２００】その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させる
ことにより、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こと
が可能である。In this case, 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.
【０２０１】したがって、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。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 adopted.
【０２０２】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。In implementing the voltage modulation method, the modulation signal generator 107 generates a voltage pulse of a fixed length, and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data. A circuit can be used.
【０２０３】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。In 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.
【０２０４】なお、シフトレジスタ１０４やラインメモ
リ１０５は、デジタル信号式を用いた。The shift register 104 and the line memory 105 used digital signal type.
【０２０５】また、本実施例では、変調信号発生器１０
７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増
幅回路等を付加する。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及び発振器の
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。In this embodiment, the modulation signal generator 10
7, a D / 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 (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).
【０２０６】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明に係る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。The configuration of the image forming apparatus described here is an example of the image forming apparatus according to the present invention, and various modifications are possible based on the technical idea of the present invention.
【０２０７】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方式等の他、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 input signal has been described in the NTSC system. However, the input signal is not limited to this.
In addition to the SECAM method and the like, a TV signal (for example, a high-definition TV such as the MUSE method) including a larger number of scanning lines can be adopted.
【０２０８】本発明の画像形成装置は、テレビジョン放
送の表示装置、テレビ会議システムやコンピュータ等の
表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プ
リンタとしての画像形成装置等としても用いることがで
きる。The image forming apparatus of the present invention can be used not only as a display device for a television broadcast, a display device such as a video conference system or a computer, but also as an image forming device as an optical printer using a photosensitive drum or the like. Can be used.
【０２０９】[0209]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、引き出
し電極を耐電子衝突材料で被覆されていることにより、
引き出し電極がエレクトロマイグレーションを起こすこ
とが防止され、時間に対して変動の少ない安定した電子
放出電流を長期にわたって維持することができる。As described above, according to the present invention, the extraction electrode is covered with the electron collision resistant material,
Electromigration of the extraction electrode is prevented, and a stable electron emission current with little fluctuation over time can be maintained for a long time.
【０２１０】そして、複数の電子放出素子を備えた画像
形成装置に対しても、各電子放出素子の電子放出電流が
安定して維持されることから各画素の耐久性が向上し、
画像の明暗を上手く表現でき、画像のチラつきを防止で
き、長期にわたって均一な表示特性を有する。Further, even in an image forming apparatus having a plurality of electron-emitting devices, the electron emission current of each electron-emitting device is stably maintained, so that the durability of each pixel is improved.
Brightness and darkness of an image can be expressed well, flickering of the image can be prevented, and uniform display characteristics are provided over a long period of time.
【図１】実施の形態に係る電子放出素子を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing an electron-emitting device according to an embodiment.
【図２】実施の形態に係る電子放出素子の製造方法を示
す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment.
【図３】実施の形態に係る電子放出素子に被覆処理を行
う様子を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a coating process is performed on the electron-emitting device according to the embodiment.
【図４】第１の実施例の形態に係る電子放出素子の製造
工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the electron-emitting device according to the first embodiment.
【図５】電子放出素子の時間に対する放出電流の変化を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a change in emission current with respect to time of an electron-emitting device.
【図６】電子放出素子を動作させる時の構成例を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration example when operating an electron-emitting device.
【図７】実施の形態に係る電子放出素子の動作特性例を
示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of operation characteristics of the electron-emitting device according to the embodiment.
【図８】実施の形態に係る単純マトリクス回路の電子源
の構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of an electron source of the simple matrix circuit according to the embodiment.
【図９】実施の形態に係る電子源を用いた、画像形成装
置の構成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of an image forming apparatus using the electron source according to the embodiment.
【図１０】実施の形態に係る電子源を用いた、画像形成
装置の駆動回路例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a driving circuit of an image forming apparatus using the electron source according to the embodiment.
【図１１】カーボンナノチューブの構造を示す概要図で
ある。FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of a carbon nanotube.
【図１２】グラファイトナノファイバの構造を示す概要
図である。FIG. 12 is a schematic view showing the structure of a graphite nanofiber.
【図１３】従来の縦型ＦＥ型電子放出素子を示す図であ
る。FIG. 13 is a view showing a conventional vertical FE type electron-emitting device.
【図１４】従来の横型ＦＥ型電子放出素子を示す図であ
る。FIG. 14 is a view showing a conventional horizontal FE type electron-emitting device.
１ 基板 ２ 引き出し電極 ３ 陰極電極 ４ 電子放出部材 ５ 耐電子衝突材料 ４１ 酸化パラジウム ４２ 粒子 ４３ 繊維状カーボン 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 ６５ ガス導入バルブ ６６ 等電位線 Reference Signs List 1 substrate 2 extraction electrode 3 cathode electrode 4 electron emission member 5 electron collision resistant material 41 palladium oxide 42 particles 43 fibrous carbon 60 vacuum device 61 anode 62 phosphor 63 vacuum exhaust device 64 electric field concentration point 65 gas introduction valve 66 equipotential line
Claims (18)
と、 前記第２電極上に配置された複数の突起と、を有する電
子放出素子であって、 前記第１の電極の表面は、炭素を主成分とすることを特
徴とする電子放出素子。1. An electron emission device comprising: first and second electrodes; means for applying a higher potential to the first electrode than the second electrode; and a plurality of protrusions disposed on the second electrode. An electron-emitting device, wherein the surface of the first electrode is mainly composed of carbon.
成分とする被膜を有することを特徴とする請求項１に記
載の電子放出素子。2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said first electrode has a coating mainly composed of carbon on its surface.
からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子
放出素子。3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said plurality of projections are made of a plurality of fibrous carbons.
形成された陰極電極及び引き出し電極と、 該陰極電極上に形成され、電子放出を行う突起を複数有
する電子放出部材と、を備える電子放出素子であって、 前記引き出し電極を耐電子衝突材料で被覆したことを特
徴とする電子放出素子。A cathode electrode and a lead electrode formed on the insulating substrate so as to face each other with a gap therebetween; an electron emission member formed on the cathode electrode and having a plurality of projections for emitting electrons; An electron-emitting device comprising: an electron-emitting device, wherein the extraction electrode is coated with an electron-impact resistant material.
前記引き出し電極の表面位置に対して、電子放出方向側
であることを特徴とする請求項４に記載の電子放出素
子。5. An electron emission position of said electron emission member,
5. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the electron-emitting device is on an electron emission direction side with respect to a surface position of the extraction electrode.
て構成されたことを特徴とする請求項４又は５に記載の
電子放出素子。6. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the electron-impact resistant material is mainly composed of carbon.
が主にｓｐ2結合からな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 electron collision resistant material has a main component carbon bond mainly consisting of an sp 2 bond.
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 the electron collision resistant material is graphite.
が主にｓｐ3結合からなることを特徴とする請求項６に
記載の電子放出素子。9. The electron-emitting device according to claim 6, wherein the electron-impact-resistant material has a main carbon bond mainly consisting of an sp 3 bond.
たダイヤモンド、あるいはアモルファス状ダイヤモンド
カーボン（ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ）
が主成分として含まれていることを特徴とする請求項９
に記載の電子放出素子。10. The electron collision resistant material is diamond doped with impurities or amorphous like carbon.
Is contained as a main component.
3. The electron-emitting device according to item 1.
する炭化金属からなることを特徴とする請求項４又は５
に記載の電子放出素子。11. The anti-electron impact material comprises a metal carbide containing a metal as a main component.
3. The electron-emitting device according to item 1.
の電子放出素子を複数個並列に配置し、結線してなる前
記電子放出素子の列を少なくとも１列以上有してなるこ
とを特徴とする電子源。12. An electron emitting device according to claim 1, wherein a plurality of the electron emitting devices are arranged in parallel, and at least one row of the electron emitting devices is connected. Characterized electron source.
の電子放出素子を複数個配列してなる前記電子放出素子
の列を少なくとも１列以上有し、前記電子放出素子を駆
動する低電位用供給用配線と高電位供給用配線がマトリ
クス配置されていることを特徴とする電子源。13. A device for driving the electron-emitting device, comprising at least one column of the electron-emitting devices comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1 arranged therein. An electron source, wherein a potential supply wiring and a high potential supply wiring are arranged in a matrix.
像形成部材と、を備え、 情報信号により前記電子源の各電子放出素子の電子量を
制御することを特徴とする画像形成装置。14. An electron source according to claim 12; and an image forming member for forming an image by electrons emitted from said electron source. An image forming apparatus for controlling an amount of electrons.
を特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。15. The image forming apparatus according to claim 14, wherein said image forming member is a phosphor.
て陰極電極及び引き出し電極を形成する工程と、 前記陰極電極上に、突起を有する電子放出部材を形成す
る工程と、 前記引き出し電極上に、耐電子衝突材料を被覆する工程
と、を備えたことを特徴とする電子放出素子の製造方
法。16. A step of forming a cathode electrode and a lead electrode facing each other across a gap on an insulating substrate; a step of forming an electron-emitting member having a projection on the cathode electrode; Coating the electrode with an electron-impact resistant material. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising:
を被覆する工程は、有機ガス雰囲気下において、前記陰
極電極と前記引き出し電極間に前記引き出し電極が正と
なるように電圧を印加して電子放出させ、該電子放出に
よって有機ガスを分解し、生じた生成物を前記引き出し
電極上に堆積させる工程であることを特徴とする請求項
１６に記載の電子放出素子の製造方法。17. The step of coating the extraction electrode with an electron collision resistant material comprises applying a voltage between the cathode electrode and the extraction electrode in an organic gas atmosphere so that the extraction electrode is positive. 17. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 16, comprising a step of emitting electrons, decomposing an organic gas by the electron emission, and depositing a generated product on the extraction electrode.
を被覆する工程は、基板温度を５００℃以上８００℃以
下に上昇させておくことを特徴とする請求項１７に記載
の電子放出素子の製造方法。18. The electron emission device according to claim 17, wherein the step of coating the extraction electrode with an electron-impact resistant material comprises raising the substrate temperature to 500 ° C. or more and 800 ° C. or less. Production method.
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