JP2002150924A

JP2002150924A - 電子放出素子及び電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2002150924A
Application number: JP2001254638A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kawate; 信一河手; Takeo Tsukamoto; 健夫塚本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2002-05-24
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: US20070141943A1; US7611394B2; JP3639808B2; US7012362B2; US20060208654A1; US20020060516A1

Abstract

(57)【要約】【課題】素子容量および駆動電圧の低減と電子放出効
率の向上を図るとともに、高精細なビームを長期に渡っ
て安定に得ることができる電子放出素子および電子源お
よび画像形成装置を提供する。【解決手段】第１の層５に比べて、触媒微粒子を介し
て繊維状カーボン４が成長しない第２の層６は、触媒微
粒子を介して繊維状カーボンが成長する第１の層５の引
出し電極２側の側面を除いた領域を覆う構成として、そ
の結果、繊維状カーボン４が成長する第１の層５におい
ては、引出し電極２側の側壁のみが露呈するので、後の
繊維状カーボン成長工程で引出し電極２側の側壁のみに
触媒微粒子を介して繊維状カーボン４が成長する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子の放出を行う
電子放出素子、およびこれを用いた電子源、及びこれを
用いた画像形成装置に関するものである。なお、本発明
の画像形成装置は、テレビジョン放送等を表示する装
置、テレビ会議システムやコンピューター等の表示装置
の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンター
等に用いることができるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属に対し１０⁶Ｖ／ｃｍ以上の
強電界をかけて金属表面から電子を放出させる電界放出
型（ＦＥ型）電子放出素子が冷電子源の一つとして注目
されている。

【０００３】ＦＥ型の冷電子源が実用化されれば、薄型
の自発光画像表示装置が可能となり、消費電力の低減や
軽量化にも貢献する。

【０００４】縦型ＦＥ型の例としては、図１３に示すよ
うにエミッター１３５が基板１３１から略鉛直方向に円
錐あるいは四角錐の形状をなしたもの、例えばＣ．Ａ．
Ｓｐｉｎｄｔ，”ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉ
ｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉ
ｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂ
ｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
（以下スピント型）が知られている。

【０００５】一方、横形ＦＥの構造を図１４に示す。な
お、図中、１４１は基板、１４２はエミッター電極、１
４３は絶縁層、１４５はエミッター、１４６はアノー
ド、１４７はアノードに照射される電子ビームの形状を
あらわしている。先端が先鋭化されたエミッター１４５
と、エミッター先端から電子を引き出すゲート電極１４
４とが基板上に平行に配置され、ゲート電極とエミッタ
ー電極とが配置された基板の上方にコレクタ（アノード
電極）が構成される（ＵＳＰ４７２８８５１、ＵＳＰ４
９０４８９５など参照）。

【０００６】繊維状カーボンを用いた電子放出素子の例
としては、特開平８−１１５６５２号公報に、有機化合
物ガスを用いて微細な触媒金属上で熱分解を行い、繊維
状カーボンを、微細な間隙に堆積させた構成が開示され
ている。

【０００７】また、カーボンナノチューブに対する導電
層としては、特開平１１−１９４１３４号公報およびヨ
ーロッパ特許ＥＰ０９１３５０８Ａ２号公報にチタン
（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），タ
ンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ）の金属層が示され
ている。また特開平１１−１３９８１５では導伝性基体
としてＳｉが示されている。

【０００８】従来技術に係る電子放出素子のビーム形状
について図１３、１４を用いて説明する。

【０００９】上述した従来技術に係るスピント型の電子
放出素子を示す図１３において、１３１は基板、１３２
はエミッター電極、１３３は絶縁層、１３４はゲート、
１３５はエミッター電極１３２に接続されたエミッター
である。エミッター１３５とゲート１３４間にＶｆを印
加すると、エミッター１３５の突起先端の電界が高ま
り、電子がコーン先端近傍から真空中に取り出される。

【００１０】エミッター先端の電界はエミッター先端の
形状に沿うように、ある有限の面積を持って形成される
ため、取り出される電子はエミッター先端の有限の面積
から電位に対して、鉛直方向に引き出される。

【００１１】この時、様々な角度を持つ電子も放出され
る。その結果、大きな角度成分を持つ電子は結果的にゲ
ート１３４に形成された孔内周面の方向に引き出され
る。

【００１２】その結果、円形の孔が形成されている場合
に、図中アノード１３６上に得られる電子分布は、ほぼ
円形のビーム形状１３７が得られる。つまり得られるビ
ームの形状は引き出すゲートの形状及びエミッターとの
距離に密接に関係していることを示している。

【００１３】電子の引出し方向をそろえた従来技術とし
て図１４に示すような横型ＦＥの構成がある。

【００１４】図１４において、１４１は基板、１４２は
エミッター電極、１４３は絶縁層、１４４はゲート、１
４５はエミッターで、また、アノード１４６がエミッタ
ーおよびゲートが設置されている基板と対向した基板上
に設けられている。

【００１５】このように構成される横型ＦＥの構成の場
合には、エミッター１４５から放出された電子の一部は
真空中に取り出される（放出される）が、残りはゲート
１４４に取り込まれる。

【００１６】図１４に示す構成の場合には、アノード１
４６に向かう電界ベクトルの方向に対して、電子放出を
行う電界ベクトル（エミッター１４５からゲート１４４
に向かう電界）が異なる方位を持つ。その結果、電子分
布（電子ビームスポット）が大きくなる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
の場合には、下記のような問題が生じていた。

【００１８】前述のスピント型はゲートが基板と積層さ
れて構成されることで、大きなゲート容量と多数のエミ
ッターとの間に寄生容量が形成されていた。さらに駆動
電圧が数十ボルトと高く、その構成上、容量性の消費電
力が大きい欠点があった。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。

【００１９】前述の横型ＦＥでは、素子の持つ容量を低
減できる利点はあるものの、エミッターとゲートとの距
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。

【００２０】上記スピント型および横型のＦＥ型電子放
出素子に対してビーム収束手段を設けることも考えられ
るが、作製方法の複雑さや、素子面積の増加、電子放出
効率の低下等の問題がある。

【００２１】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、素子容量および
駆動電圧の低減と電子放出効率の向上を図るとともに、
高精細なビームを長期に渡って安定に得ることができる
電子放出素子および電子源および画像形成装置を提供す
ることにある。

【００２２】

【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、絶縁性の基板上
に、間隙を挟んで対向するように形成される引出し電極
及び陰極電極と、前記陰極電極上に形成された、Ｔｉの
酸化物，Ｚｒの酸化物またはＮｂの酸化物をその表面に
有する第１の層と、前記第１の層の、前記引出し電極側
の側壁面上に設けられた触媒粒子を介して成長した繊維
状カーボンと、を有することを特徴とする。

【００２３】本発明の構成により、放出される電子ビー
ムのスポット径が小さく、電子放出効率に優れ、耐久性
も良い。また、容量成分が少なく、安定性に優れる。

【００２４】前記第１の層は、前記引出し電極側の側壁
面のみが露出され、他の表面は前記第１の層に比べて繊
維状カーボンが成長しない材料で覆われているとよい。

【００２５】前記第１の層に比べて繊維状カーボンが成
長しない材料は、Ｔａ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ及び前
記触媒粒子を構成する材料と同一種類の材料のうちの少
なくともいずれか一つであるとよい。

【００２６】前記繊維状カーボンは、グラファイトナノ
ファイバー，カーボンナノチューブ，アモルファスカー
ボンもしくはこれらの混合物からなるとよい。

【００２７】前記繊維状カーボンは、グラフェンを有す
るとよい。

【００２８】前記繊維状カーボンは、複数のグラフェン
を有するとよい。

【００２９】前記複数のグラフェンは、前記繊維状カー
ボンの軸方向に積層されてなるとよい。

【００３０】前記触媒粒子は、Ｐｄ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ
あるいはこれらの合金からなるとよい。

【００３１】前記繊維状カーボンによる電子放出位置
が、前記引出し電極の表面の位置よりも、前記基板の表
面から離れているとよい。

【００３２】前記引出し電極及び陰極電極は、略平面状
の前記基板表面上に形成されると共に、前記陰極電極の
厚みが、引出し電極の厚みよりも厚いとよい。

【００３３】前記基板は、前記陰極電極が形成される領
域の厚みが、前記引出し電極が形成される領域の厚みよ
りも厚いとよい。

【００３４】前記第１の層は、前記陰極電極上から、前
記基板の表面上であって前記引出し電極及び陰極電極と
の間隙内にまで形成されるとよい。

【００３５】また、本発明の電子源にあっては、上記の
電子放出素子を複数個配列したことを特徴とする。

【００３６】本発明の構成によれば、高速応答性及び低
消費電力を実現できる。

【００３７】前記複数の電子放出素子を、マトリクス状
の配線にそれぞれ電気的に接続するとよい。

【００３８】また、本発明の画像形成装置にあっては、
上記の電子源に対向する位置に、放出された電子の衝突
によって画像を形成する画像形成部材を設けたことを特
徴とする。

【００３９】本発明の構成によれば、高速応答性及び低
消費電力に加え、高輝度で高精細な画像を長期にわたり
提供できる。

【００４０】また、本発明の電子放出素子にあっては、
基板表面上に、間隙を挟んで対向するように配置された
第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極に電気的
に接続された炭素を主成分とする複数のファイバーとを
有する電子放出素子であって、前記ファイバーは、前記
第２の電極に対向する前記第１の電極の面上に、配置さ
れることを特徴とする。

【００４１】本発明の構成により、放出される電子ビー
ムのスポット径が小さく、電子放出効率に優れ、耐久性
も良い。また、容量成分が少なく、安定性に優れる。

【００４２】前記炭素を主成分とするファイバーの各々
は、グラフェンを有するとよい。

【００４３】前記炭素を主成分とするファイバーの各々
は、複数のグラフェンを有するとよい。

【００４４】前記複数のグラフェンは、前記炭素を主成
分とするファイバーの軸方向に積層されてなるとよい。

【００４５】前記第２の電極と前記第１の電極間に、前
記第２の電極の電位が高いように電圧を印加することに
より、電子を放出するとよい。

【００４６】前記基板表面から前記ファイバーまでの高
さが、前記基板表面から前記第２の電極表面までの高さ
よりも高いとよい。

【００４７】前記第１の電極の厚みが、前記第２の電極
の厚みよりも厚いとよい。

【００４８】前記第１の電極と前記ファイバーとの間に
第１の層が配置されており、当該第１の層が、その表面
に、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物または、Ｎｂ酸化物を有す
るとよい。

【００４９】前記炭素を主成分とするファイバーは、前
記第１の層上に配置された触媒材料を介して成長したも
のであるとよい。

【００５０】前記触媒材料は、Ｐｄ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ、あるいはこれらの合金のいずれかであるとよい。

【００５１】前記第１の層は、導電性であるとよい。

【００５２】前記第１の層は、前記第２の電極に対向す
る面以外を第２の層で覆われており、当該第２の層は、
前記第１の層に比べて炭素を主成分とするファイバーの
成長が実質的に行われない材料からなるとよい。

【００５３】前記第１の層は、前記第２の電極に対向す
る面以外を第２の層で覆われており、当該第２の層は、
Ｔａ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔおよび触媒材料と同一種
類の材料からなるとよい。

【００５４】また、本発明の電子源にあっては、上記の
電子放出素子を複数配列したことを特徴とする。

【００５５】本発明の構成によれば、高速応答性及び低
消費電力を実現できる。

【００５６】また、本発明の画像形成装置にあっては、
上記の電子源と、蛍光体とを有することを特徴とする。

【００５７】本発明の構成によれば、高速応答性及び低
消費電力に加え、高輝度で高精細な画像を長期にわたり
提供できる。

【００５８】

【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。

【００５９】（第１の実施の形態）本発明者は、触媒を
用いて微小（数ｎｍオーダー）な核（触媒粒子）を形成
し、熱分解により上記核から成長した繊維状カーボン
と、安定な電気的接合を形成する材料について、検討し
た。

【００６０】その結果、繊維状カーボンが触媒を介して
成長し、かつ電気的な結合が得られる材料としては、Ｔ
ｉ，ＺｒもしくはＮｂの中から選択された材料であっ
て、その一部分（繊維状カーボンあるいは触媒と接する
界面）が酸化したもの、またはＴｉ，ＺｒもしくはＮｂ
の中から選択された材料の酸化物半導体が好適であるこ
とを見出した。

【００６１】そして、また、詳細な検討の結果、Ｔｉ，
ＺｒもしくはＮｂの中から選ばれた材料の酸化物上に触
媒粒子（特に好ましくはＰｄ粒子）を配置した部材を用
いることで、再現性よく、上記触媒粒子を配置した位置
に繊維状カーボンを生成することができることを見出し
た。

【００６２】また同時に、繊維状カーボンが成長しな
い、もしくは成長が遅い材料はＴａ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｐｔおよび触媒材料と同一種類の材料であることを
見出した。

【００６３】これらの材料に対する繊維状カーボンの成
長は、積層構成においても成り立つ。例えば、基板上に
Ｃｒを全面に形成し、さらにＣｒの上に酸化チタンの微
小領域を形成し、基板全面に酸化パラジウムを被覆した
基板を用いると、繊維状カーボンが酸化チタンの上だけ
に選択成長した。

【００６４】そこで、上述した、再現性よく、所望の位
置に繊維状カーボンを形成する技術を用いた、本発明の
実施の形態に係る繊維状カーボンを用いた電子放出素
子、電子源および画像形成装置について以下に、従来例
と比較しながら述べる。

【００６５】まず、本願発明者らは、高精細な電子ビー
ムの形成方法についても検討を行った。以下に、高精細
ビームの形成方法について述べる。

【００６６】一般に、ＦＥ素子の動作電圧Ｖｆは、ポア
ソン方程式によって導かれるエミッター先端部の電界
と、その電界とエミッター部の仕事関数をパラメーター
としてＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍの式と呼ばれる
関係式に従って求められる電子放出電流の電流密度によ
って決定される。

【００６７】また、電子放出に必要な電界は、エミッタ
ー先端とゲート電極間の距離ｄが小さいほど、またエミ
ッター先端の半径ｒが小さいほど得られる電界が大きく
なる。

【００６８】一方、陽極上で得られる電子ビームにおけ
るＸ方向の最大の大きさＸｄ（例えば図１３における円
形ビーム形状１３７の中心からの最大到達距離）は、単
純な計算では、√（Ｖｆ／Ｖａ）に比例する形で表され
る。

【００６９】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。

【００７０】また、この考察から、Ｖｆを下げるために
は極力距離ｄ及び曲率ｒを小さくしなければならない。

【００７１】従来構成のビーム形状について、図１３及
び図１４を用いて説明する。なお、図中、共通の番号と
して１３１，１４１は基板、１３２，１４２はエミッタ
ー電極、１３３，１４３は絶縁層、１３５、１４５はエ
ミッター、１３６，１４６はアノード、１３７，１４７
はアノードに照射される電子ビームの形状をあらわして
いる。

【００７２】前述したスピント型の場合は図１３に示す
ように、エミッター１３５とゲート１３４間にＶｆを印
加すると、エミッター１３５の突起先端の電界が高ま
り、電子がコーン状のエミッター先端近傍から真空中に
取り出される。

【００７３】エミッター１３５先端の電界は、エミッタ
ー１３５先端の形状に沿うように、ある有限の面積を持
って形成されるため、取り出される電子はエミッター１
３５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。

【００７４】この時、様々な角度を持つ電子が放出され
るが、大きな角度成分を持つ電子はゲートの方向に引き
出されることになる。円形のゲート１３４が形成されて
いる場合には、アノード１３６上に得られる電子分布
は、図に示すようにほぼ円形のビーム形状１３７とな
る。

【００７５】つまり、得られるビームの形状は引き出す
ゲートの形状及びエミッターとの距離に密接に関係して
いる。

【００７６】電子の引出し方向をそろえた横型ＦＥ（図
１４）の場合には、エミッター１４５とゲート１４４と
の間に、基板１４１表面に実質的に平行な非常に強い電
界（横方向電界）が生じ、その結果、エミッター１４５
から放出された電子はゲート１４４上において、一部の
電子１４９は真空中に取り出され残りの電子はゲート電
極１４４に取り込まれる。

【００７７】この図１４に示す構成の場合には、アノー
ド（アノード電極）１４６に向かう電界ベクトルの方向
に対して、電子放出を行う電界ベクトル（エミッター１
４５からゲート１４４に向かう電界）が異なる方位を持
つ。そのため、放出された電子がアノード１４６上で形
成する電子分布（ビームスポット）が大きくなる。

【００７８】ここで、さらに電子がエミッター１４５か
ら引き出される電界（ここでは便宜的に、「横方向電
界」と呼び、エミッター形状による電界の増強効果は無
視する）とアノードに向かう電界（ここでは「縦方向電
界」と呼ぶ）について考える。

【００７９】尚、上記「横方向電界」は、図１３および
図１４の構成において、「基板１３１（１４１）の表面
と実質的に平行な方向における電界」と言う事も出来
る。また、特に図１４の構成においては「ゲート１４４
とエミッター１４５とが対向する方向における電界」と
も言う事が出来る。

【００８０】また、上記「縦方向電界」とは、図１３お
よび図１４の構成において、「基板１３１（１４１）の
表面と実質的に垂直な方向における電界」、あるいは
「基板１３１（１４１）とアノード１３６（１４６）と
が対向する方向における電界」と言う事も出来る。

【００８１】前述したように、エミッター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、
ゲート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１４６に到達する。

【００８２】このとき横方向電界と縦方向電界の強度比
および電子放出点の相対位置が重要となる。

【００８３】横方向電界が、縦方向電界と比較して桁が
異なる程度に強い場合には、エミッターから取り出され
た電子のほとんどは、横方向電界によって形成される放
射状電位によって次第に軌道を曲げられ、ゲートに向か
う軌道をとる。ゲートに衝突した電子の一部は、散乱に
よって再び放出されるが、放出後、縦方向電界に捉えら
れるまでは、何度も楕円に似た軌道を描いてゲート上を
広がりながら、同時に放出される電子の数を減じながら
散乱を繰り返す。そして、散乱した電子が、ゲート電位
の作る等電位線を越えると（これを「淀み点」と呼ぶこ
とがある）、ここで初めて縦方向電界によって引き上げ
られるようになる。

【００８４】横方向電界と縦方向電界が同程度の場合に
は、取り出された電子は、やはり放射状電位によって軌
道が曲げられるものの、電界による束縛がゆるくなり、
ゲート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。

【００８５】この横方向電界と縦方向電界が同程度の
時、エミッター１４５からの電子の放出点位置を、ゲー
ト１４４の属する平面からアノード１４６の属する平面
側に次第に持ち上げる（図６参照）と、放出された電子
は全くゲート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ことが分かった。

【００８６】また、この電界比の検討を行った結果、ゲ
ート電極１４４とエミッター電極１４５の先端との間隔
をｄ、素子を駆動したときの電位差（ゲート電極とエミ
ッター電極との電位差）をＶ１、陽極（アノード）と基
板（素子）との距離をＨ、陽極（アノード）と陰極（エ
ミッター電極）との電位差をＶ２とした時、横方向電界
が縦方向電界の５０倍以上大きくなると、取り出された
電子がゲートに衝突する軌道が描かれることを見出し
た。

【００８７】また、本発明者は、ゲート電極２上での散
乱を実質的に生じない高さｓ（ゲート電極２表面の一部
を含み、基板１表面と実質的に平行な平面と、電子放出
部材（繊維状カーボン４）の表面を含み、基板１表面と
実質的に平行な平面との距離で定義される（図６参
照））が存在することを見出した。上記高さｓは、縦方
向電界と横方向電界との比（縦方向電界強度／横方向電
界強度）に依存し、縦−横方向電界比が低いほど、その
高さが低く、横方向電界が大きいほど高さが必要であ
る。

【００８８】実用的な製造上の範囲としては、その高さ
ｓは１０ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【００８９】図１４に示した従来の構成では、ゲート１
４４とエミッター（１４２，１４５）とが同一平面上
に、同じ高さで構成されているだけでなく、横方向電界
が縦方向電界と比較して一桁以上強いため、ゲートに衝
突することに起因して、真空中に取り出される電子の量
が減少する傾向が強かった。

【００９０】さらに、従来の構成では横方向の電界強度
を強めることを目的として、ゲート電極の厚さや幅、お
よび、ゲート，エミッター，アノードの相対位置が決め
られていたため、アノードに得られる電子分布は広がっ
ていた。

【００９１】前述したように、アノード１４６に到達す
る電子の分布を小さくするには、１）駆動電圧（Ｖｆ）
を下げる、２）電子の引出し方向を揃える、３）電子の
軌道、さらに、ゲートでの散乱がある場合には４）電子
の散乱機構（特に弾性散乱）を考慮しなければならな
い。

【００９２】そこで、本発明の実施の形態に係る繊維状
カーボンを用いた電子放出素子においては、アノード電
極上に照射される電子分布の微細化と、電子放出効率の
向上（ゲート電極に吸収される放出電子の低減）との両
立を実現するものである。

【００９３】以下、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子の構成について、図面を参照して更に詳しく説明す
る。

【００９４】図１は本発明の電子放出素子の一例を表す
模式図であり、図１（Ａ）はその平面図であり、図１
（Ｂ）は、図１（Ａ）中Ａ−Ａ断面図である。図６は本
発明の電子放出素子の上方にアノード電極を配置した本
発明の電子放出装置を駆動している時の様子を示す模式
断面図である。

【００９５】図１、図６において、１は絶縁性の基板、
２は引出し電極（「ゲート電極」あるいは「第２電極」
とも言う）、３は陰極電極（「第１電極」あるいは「カ
ソード電極」とも言う）、４はエミッター材料（「電子
放出材料」あるいは「電子放出部材」とも言う）である
繊維状カーボン、５は繊維状カーボンを選択成長させる
ための第１の層であり、前述した、Ｔｉ，Ｚｒ，もしく
はＮｂの中から選ばれた材料の酸化物である。電子放出
材料を構成する繊維状カーボン４と電極３とは電気的に
接続される。６は第２の層である。

【００９６】本発明の実施の形態において、重要な構造
は、陰極電極３と引出し電極２が基板表面上に間隔を置
いて配置され、陰極電極３の、引出し電極２に対向する
面上に複数の繊維状カーボンが配置されていることにあ
る。換言すると、陰極電極３と引出し電極２との間隙内
の前記陰極電極３上に、陰極電極３と引出し電極２が向
かい合う方向に伸びた複数の繊維状カーボンが配置され
る。この様な構成により、より低電界で電子を放出する
ことができる。

【００９７】そして、さらに、本発明の実施の形態にお
いて、重要な構造は、不要な電子が放出されないよう
に、上記繊維状カーボンが、引出し電極２に対向する面
以外には配置されない様にすることにある。この様にす
ることで、アノード電極に照射される電子ビームの広が
りが抑制することができる。

【００９８】図１の例においては、繊維状カーボンが形
成される領域を制御するために、第１の層５および第２
の層６を設けている。即ち、第１の層５は、繊維状カー
ボン４が成長する材料で構成されており、一方、第２の
層６は、第１の層５に比べて繊維状カーボン４が成長し
ない材料で構成されている。尚、上記第１の層および第
２の層は導電性であることが好ましい。特に第２の層
は、真空中に露出するため、導電性であることが特に好
ましい。また、図１のような構成においては、第１の層
５が導電性でないと、陰極電極３と繊維状カーボンとの
電気的な接続がとれないので、第１の層５は導電性であ
る材料を選択することが好ましい。

【００９９】ここでは、第２の層６を配置した例を示し
たが、必ずしもこの層は必要ない。例えば、陰極電極３
をＴｉ，Ｚｒ，もしくはＮｂの中から選ばれた材料から
構成し、その表面の中で引出し電極２に対向する面のみ
を酸化する（第１の層を配置する）ことによって本発明
の電子放出素子を構成することもできる。

【０１００】また、図１に示した形態においては、第１
の層５はその全てを酸化物とする必要はなく、少なくと
も、第１の層５の表面の中で引出し電極２に対向する面
のみ酸化物としてもよい。この様にすれば、第２の層を
必ずしも配置する必要はない。また、第１の層の厚みが
厚い場合においても陰極電極３と繊維状カーボンとの電
気的接続性が増す。

【０１０１】また、陰極電極３をＴｉ，Ｚｒ，もしくは
Ｎｂの中から選ばれた材料から構成し、その表面（引出
し電極２に対向する面を含む）を酸化し、引出し電極２
に対向する面（繊維状カーボンを配置する面）以外の表
面を、Ｔｉ，Ｚｒ，もしくはＮｂの中から選ばれた材料
の酸化物に比べて繊維状カーボンの成長が行われない材
料からなる層（前記第２の層）で被覆することによって
も本発明の実施の形態に係る電子放出素子を構成するこ
ともできる。

【０１０２】本発明の実施の形態に係る電子放出装置に
おいては、図１，図６に示したように、電子放出部材
（繊維状カーボン４）の表面を含み、基板１表面と実質
的に平行な平面が、ゲート電極２表面の一部を含み、基
板１表面と実質的に平行な平面に対して、基板表面より
も離れた位置に配置されることが好ましい。

【０１０３】換言すると、本発明の電子放出装置におい
ては、電子放出部材（繊維状カーボン４）の表面の一部
を含み、基板１表面に実質的に平行な平面が、引出し電
極２の表面の一部を含み、前記基板表面に実質的に平行
な平面と、アノード電極６１との間に配置される。この
様な構成とすることで、ゲート電極に吸い込まれる電子
の低減と、アノード電極上に照射される電子ビームのス
ポット径の低減とを実現することができる。

【０１０４】また、さらには、本発明の電子放出素子に
おいては、ゲート電極２上での散乱を実質的に生じな
い、高さｓ（ゲート電極２表面の一部を含み、基板１表
面と実質的に平行な平面と、電子放出部材（繊維状カー
ボン４）の表面を含み、基板１表面と実質的に平行な平
面との距離で定義される）に電子放出部材（繊維状カー
ボン４）が配置される。

【０１０５】上記ｓは、縦方向電界と横方向電界の比
（縦方向電界強度／横方向電界強度）に依存し、縦方向
電界と横方向電界比が低いほど、その高さが低く、横方
向電界が大きいほど高さが必要であるが、実用的な範囲
として、高さｓは１０ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【０１０６】この様な構成は、例えば、陰極電極３の厚
みを引出し電極２の厚みよりも厚くすることで簡易に実
現することができる。あるいは、また、陰極電極３の厚
みと引出し電極２の厚みをと同等に形成し、陰極電極上
に前記第１の層を配置することでも実現することができ
る。

【０１０７】そして、また、本発明の実施の形態に係る
電子放出装置においては、図６に示した構成において、
陰極電極３とゲート電極２との間隙の距離をｄ、電子放
出素子を駆動したときの電位差（陰極電極３とゲート電
極２間の電圧）をＶｆ、アノード電極６１と素子が配置
された基板１表面との距離をＨ、アノード電極６１と陰
極電極３との電位差をＶａとした時、駆動時の電界（横
方向電界）：Ｅ１＝Ｖｆ／ｄは、アノード−カソード間
の電界（縦方向電界）：Ｅ２＝Ｖａ／Ｈの１倍以上５０
倍以下に設定される。

【０１０８】このようにすることにより、陰極電極３側
から放出された電子がゲート電極２に衝突する割合をほ
ぼ無くすことができる。その結果、放出された電子ビー
ムの広がりが極めて少なく、高効率な、電子放出素子お
よび電子放出装置が得られる。

【０１０９】尚、本実施の形態で言う「横方向電界」
は、「基板１の表面と実質的に平行な方向における電
界」と言う事が出来る。あるいは、また、「ゲート２と
カソード電極３とが対向する方向における電界」とも言
う事が出来る。また、本実施の形態で言う「縦方向電
界」とは、「基板１の表面と実質的に垂直な方向におけ
る電界」、あるいは「基板１とアノード電極６１とが対
向する方向における電界」と言う事も出来る。

【０１１０】絶縁性の基板１としては、その表面を十分
に洗浄した、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少
させてＫなどに一部置換したガラス、青板ガラス及びシ
リコン基板等にスパッタ法等によりＳｉＯ₂を積層した
積層体、アルミナ等のセラミックスの絶縁性基板等を用
いることができる。

【０１１１】引出し電極２および陰極電極３は導電性を
有しており、蒸着法やスパッタ法等の一般的真空成膜技
術、あるいはフォトリソグラフィー技術により形成され
る。

【０１１２】引出し電極２および陰極電極３の材料とし
ては、例えば、炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭化
物、金属のホウ化物、半導体、半導体の金属化合物から
適宜選択される。

【０１１３】また、引出し電極２および陰極電極３の厚
さとしては、数十ｎｍから数十μｍの範囲で設定され
る。好ましくは炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭化
物の耐熱性材料が望ましい。

【０１１４】なお、この電極の厚さが薄いために電位降
下などが心配される時、あるいはマトリクス配列でこの
素子を用いる場合には、必要に応じて低抵抗の配線用金
属材料が電子放出に関与しない部分で用いられることが
ある。

【０１１５】引出し電極２と陰極電極３の間隔（間隙の
幅）と駆動電圧は、用いる陰極材料の電子放出電界（横
方向電界）と画像形成に必要な縦方向電界との電界を比
較した時に、電子放出電界が縦方向電界よりも１倍から
５０倍程度の値になるように設計することが好ましい。

【０１１６】本発明の実施の形態において、エミッター
（電子放出部材）は、繊維状カーボン４から構成され
る。

【０１１７】また、繊維状カーボンは、触媒を用いて微
小な核を形成し、熱分解により核から成長したものが良
い。

【０１１８】ここで、「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ー」とい
うこともできる。そして、また、本発明の実施の形態に
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ー，アモ
ルファスカーボンファイバーを含む。そして、中でも、
グラファイトナノファイバーが電子放出部材として最も
好ましい。

【０１１９】引出し電極２と陰極電極３の間隔および駆
動電圧については、前述したとおり、用いる陰極材料の
電子放出電界（横方向電界）と画像形成に必要な縦方向
電界との電界を比較した時に、電子放出電界が縦方向電
界よりも１倍から５０倍程度の値になるように設計する
ことが好ましい。

【０１２０】陽極（アノード電極）上に蛍光体などの発
光体を配置する場合は、必要な縦方向電界は１０^-1Ｖ／
μｍ以上１０Ｖ／μｍ以下の範囲が好ましい。例えば、
陽極（アノード電極）と陰極電極との間隔を２ｍｍと
し、その間隔に１０ＫＶを印加する場合、この時の縦方
向電界は５Ｖ／μｍとなる。この場合、用いるべきエミ
ッター材料（電子放出部材）の電子放出電界は５Ｖ／μ
ｍよりも大きな電子放出電界を持つ材料であり、選択し
た電子放出電界に相当するように、その間隔と、駆動電
圧を決めればよい。

【０１２１】このような数Ｖ／μｍの閾値電界を持つ材
料として、上述の繊維状カーボンが好適となる。

【０１２２】図１１，図１２に本発明に好適な繊維状カ
ーボンの形態の一例を示す。各図では一番左側に光学顕
微鏡レベル（〜１０００倍）で見える形態、中央は走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ）レベル（〜３万倍）で見える形
態、右側は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）レベル（〜１００
万倍）で見えるカーボンの形態を模式的に示している。

【０１２３】図１１に示すようにグラフェンが円筒形状
（円筒形が多重構造になっているものはマルチウォール
ナノチューブと呼ばれる）の形態をとるものはカーボン
ナノチューブと呼ばれ、特にチューブ先端を開放させた
構造の時に、最もその閾値が下がる。

【０１２４】あるいは、比較的低温で生成される繊維状
カーボンを図１２に示す。この形態の繊維状カーボン
は、グラフェンの積層体（このため「グラファイトナノ
ファイバー」と呼ばれることがあるが、温度によりアモ
ルファス構造の割合が増加する）で構成されている。よ
り具体的には、グラファイトナノファイバーは、その長
手方向（ファイバーの軸方向）にグラフェンが積層され
たファイバー状の物質を指す。また、換言すると、図１
２に示す様に、複数のグラフェンが、ファイバーの軸に
対して非平行に配置され、積層されたファイバー状の物
質である。

【０１２５】一方のカーボンナノチューブは、その長手
方向（ファイバーの軸方向）を囲むよう（円筒形状）に
グラフェンが配置されているファイバー状の物質であ
る。換言すると、グラフェンがファイバーの軸に対して
実質的に平行に配置されるファイバー状の物質である。

【０１２６】尚、グラファイトの１枚面を「グラフェ
ン」あるいが「グラフェンシート」と呼ぶ。より具体的
には、グラファイトは、炭素原子がｓｐ²混成により共
有結合でできた正六角形を敷き詰める様に配置された炭
素平面が、３．３５４Åの距離を保って積層してできた
ものである。この一枚一枚の炭素平面を「グラフェン」
あるいは「グラフェンシート」と呼ぶ。

【０１２７】いずれの繊維状カーボンも電子放出の閾値
が１〜１０Ｖ／μｍ程度であり、本発明のエミッター
（電子放出部材）の材料として非常に好適である。

【０１２８】特に、グラファイトナノファイバーを用い
た電子放出素子では、図１などに示した本発明の実施の
形態の素子構造に限らず、低電界で電子放出を起こすこ
とができ、大きな放出電流を得ることができ、簡易に製
造ができ、安定な電子放出特性をもつ電子放出素子を得
ることが出来る。

【０１２９】例えば、グラファイトナノファイバーをエ
ミッターとし、このエミッターからの電子放出を制御す
る電極を用意することで電子放出素子とすることがで
き、さらに、グラファイトナノファイバーから放出され
た電子の照射により発光する発光体を用いればランプな
どの発光装置を形成することができる。

【０１３０】また、さらには、上記グラファイトナノフ
ァイバーを用いた電子放出素子を複数配列すると共に、
蛍光体などの発光体を有するアノード電極を用意するこ
とでディスプレイなどの画像表示装置をも構成すること
ができる。

【０１３１】グラファイトナノファイバーを用いた電子
放出装置や発光装置や画像表示装置においては、内部を
従来の電子放出素子のように超高真空に保持しなくても
安定な電子放出をすることができ、また、低電界で高い
電子放出量を確保できるため、信頼性の高い装置を非常
に簡易に製造することができる。

【０１３２】上記した繊維状カーボンは、触媒（炭素の
堆積を促進する材料）を用いて炭化水素ガスを分解して
形成することができる。カーボンナノチューブとグラフ
ァイトナノファイバーは触媒の種類、及び分解の温度に
よって異なる。

【０１３３】前記触媒材料としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｐｄ、
Ｎｉ、もしくはこれらの中から選択された材料の合金
（特にはＰｄとＣｏの合金が好ましい）が繊維状カーボ
ン形成用の核として用いることが出来る。

【０１３４】特に、Ｐｄにおいては低温（４００℃以上
の温度）でグラファイトナノファイバーを生成すること
が可能である。一方、ＦｅまたはＣｏを触媒として用い
た場合、カーボンナノチューブの生成温度は８００℃以
上必要である。Ｐｄを用いてのグラファイトナノファイ
バー材料の作成は、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。

【０１３５】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。

【０１３６】酸化パラジウムの水素還元処理を行うと、
一般的な核形成技法として従来から使用されている金属
薄膜の熱凝集や、爆発の危険を伴う超微粒子の生成と蒸
着を用いずとも、比較的低温（２００℃以下）で初期凝
集核の形成が可能となった。

【０１３７】前述の炭化水素ガスとしては、例えば、エ
チレン，メタン，プロパン，プロピレンなどの炭化水素
ガス、あるいはエタノールやアセトンなどの有機溶剤の
蒸気を用いることができる。

【０１３８】尚、繊維状カーボンの原料としては、前述
の炭化水素ガスだけでなく、ＣＯ，ＣＯ₂などの原料も
用いることが出来る。

【０１３９】繊維状カーボン４が成長する第１の層５の
材料としては、前述した、Ｔｉとその一部分が酸化した
酸化物の混合物、もしくはＴｉの酸化物半導体，また
は、Ｚｒとその一部分が酸化した酸化物の混合物、もし
くはＺｒの酸化物半導体，または、Ｎｂとその一部分が
酸化した酸化物の混合物、もしくはＮｂの酸化物半導体
を用いる。上記Ｔｉの酸化物、Ｚｒの酸化物またはＮｂ
の酸化物は、第１の層５の表面のうち、繊維状カーボン
４が配置されるに面に少なくとも配置される。

【０１４０】これらＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂの化学量論的な酸
化物は絶縁体であるが、弱い酸化、あるいは低級の酸化
物は、内部に多くの欠陥を保有し、酸素欠損型等の半導
体を形成する。

【０１４１】第１の層５および第１の層５上に配置する
触媒粒子の製造方法としては、例えば、Ｔｉ，Ｚｒある
いはＮｂの層上にＰｄを３００℃程度の温度で数十分程
度焼成して酸化パラジウムを形成すると同時に、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｎｂの層も酸化する方法がある。

【０１４２】しかし、この程度の焼成温度と時間では、
Ｔｉ，ＺｒあるいはＮｂの層の厚さにもよるが、層全体
は酸化せず、表面だけが酸化し、かつ前述したように半
導体的な性質もあることから、結果、形成した第１の層
５には導電性を確保することができる。

【０１４３】第２の層６は、触媒粒子をその上に配置し
ても、第１の層５に比べて繊維状カーボンの成長は実質
的に行われない材料で構成する。そのような材料として
は、前述したＴａ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔあるいは、
触媒材料と同一種類の材料を用いる。

【０１４４】そして、第１の層５の引出し電極２側の側
面を除いた領域を第２の層６で覆う。

【０１４５】その結果、第１の層５においては、引出し
電極２側の側壁のみが露呈するので、後の繊維状カーボ
ン成長工程で引出し電極２側の側壁のみに繊維状カーボ
ン４が成長する。

【０１４６】仮に、触媒微粒子を介して繊維状カーボン
が成長しない第２の層６が無い場合には、触媒微粒子を
介して繊維状カーボンが成長する導電層である第１の層
５の全面に繊維状カーボンが成長する。この場合に、ゲ
ートに近接しない繊維状カーボンは、僅かではあるが電
子の放出に関与し、ビーム形状や均一性を乱す場合があ
る。

【０１４７】これに対して、本実施の形態に係る電子放
出素子においては、引出し電極２側の側壁以外の側壁に
は繊維状カーボンは存在しない構成とすることができる
ため、ビーム形状や均一性の乱れを防止できることが可
能となる。

【０１４８】次に、エミッター領域における電子放出点
位置とその動作について図６及び図７を用いて説明す
る。

【０１４９】数μｍのギャップ（間隙）の長さを持つ本
素子を、図６に示すような真空装置６０に設置し、真空
排気装置６５によって１０^-4Ｐａ程度に到達するまで十
分に排気した。そして、高電圧電源を用いて、基板から
数ミリの高さＨの位置に陽極（以下、アノードと称す
る）６１を設け、数キロボルトからなる高電圧Ｖａを印
加した。

【０１５０】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。

【０１５１】電極２と電極３間に印加する駆動電圧Ｖｆ
として、数十Ｖ程度からなるパルス電圧を印加して、流
れる素子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。尚、
当然ではあるが、駆動電圧Ｖｆは、陰極電極３よりもゲ
ート電極２に印加する電位の方が高い。

【０１５２】この時、等電位線６３は図のように形成さ
れ、最も電界の集中する部分は、電子放出材料である繊
維状カーボン４の最もアノード６１側であって、かつギ
ャップ（間隙）の内側の点６４で示す部分である。

【０１５３】この電界集中点６４の近傍に位置する電子
放出材料の中で最も電界集中する場所から電子が放出さ
れると考えられる。

【０１５４】素子のＩｅ特性は図７に示すような特性で
あった。すなわち印加電圧の約半分からＩｅが急激に立
ち上がり、不図示のＩｆはＩｅの特性に類似していた
が、その値はＩｅと比較して十分に小さな値であった。

【０１５５】以下、この原理に基づき、本発明の実施の
形態に係る電子放出素子を複数配して得られる電子源及
び画像形成装置について、図８〜図１０を用いて説明す
る。

【０１５６】図８は本発明の実施の形態に係る電子源の
模式的平面図であり、図９は本発明の実施の形態に係る
画像形成装置の一部破断斜視図であり、図１０は本発明
の実施の形態に係る画像形成装置のブロック図である。

【０１５７】図８において、８１は電子源基体、８２は
Ｘ方向配線、８３はＹ方向配線である。また、８４は本
発明の実施の形態に係る電子放出素子、８５は結線であ
る。

【０１５８】ここで、電子放出素子８４を複数配置した
ことに伴う素子の容量が増大すると、図８に示すマトリ
クス配線においては、パルス幅変調に伴う短いパルスを
加えても容量成分により波形がなまり、期待した階調が
取れないなどの問題が生じる。

【０１５９】これを解消するためには、電子放出部のす
ぐ脇に、例えば、図９に示すように層間絶縁層（リアプ
レート９１）を配して、電子放出部以外での容量成分の
増加を低減する構造を採用すると良い。

【０１６０】図８において、ｍ本のＸ方向配線８２はＤ
Ｘ₁，ＤＸ₂，・・・ＤＸ_mからなり、蒸着法にて形成さ
れた厚さ約１μｍ，幅３００μｍのアルミニウム系配線
材料で構成されている。ただし、配線の材料、膜厚、巾
は、適宜設計される。

【０１６１】一方、Ｙ方向配線８３は厚さ０．５μｍ，
幅１００μｍの、ＤＹ₁，ＤＹ₂・・・ＤＹ_nのｎ本の配
線よりなり、Ｘ方向配線８２と同様に形成される。

【０１６２】これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方
向配線８３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられ
ており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは、共に
正の整数である）。

【０１６３】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。

【０１６４】Ｘ方向配線８２を形成した基体８１の全面
或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線８
２とＹ方向配線８３の交差部の電位差に耐え得るよう
に、本実施の形態では１素子当たりの素使容量が１ｐＦ
以下、素子耐圧３０Ｖになるように層間絶縁層の厚さを
決めた。なお、Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３は、そ
れぞれ外部端子として引き出されている。

【０１６５】本発明の実施の形態に係る電子放出素子８
４を構成する一対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配
線８２とｎ本のＹ方向配線８３と導電性金属等からなる
結線８５によって電気的に接続されている。

【０１６６】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した本
発明の実施の形態に係る電子放出素子８４の行を選択す
るための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段
が接続される。

【０１６７】一方、Ｙ方向配線８３には、Ｙ方向に配列
した本発明の実施の形態に係る電子放出素子８４の各列
を、入力信号に応じて変調するための不図示の変調信号
発生手段が接続される。

【０１６８】各電子放出素子に印加される駆動電圧は、
当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧とし
て供給される。本発明の実施の形態においては、Ｙ方向
配線は高電位、Ｘ方向配線は低電位になるように接続し
た。このように接続することで、本発明の実施の形態の
特徴となるビームの収束効果が得られた。

【０１６９】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて個別の素子を選択し、独立に駆動可能とする
ことができる。

【０１７０】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図９を用いて説
明する。図９は、ガラス基板材料としてソーダライムガ
ラスを用いた画像形成装置の表示パネルを示している。

【０１７１】図９において、８１は電子放出素子を複数
配した電子源基体、９１は電子源基体８１を固定したリ
アプレート、９６はガラス基体９３の内面に蛍光膜９４
とメタルバック９５等が形成されたフェースプレートで
ある。また、９２は支持枠であり、この支持枠９２に
は、リアプレート９１、フェースプレート９６がフリッ
トガラス等を用いて接続されている。９７は外囲器であ
り、真空中で、４５０度の温度範囲で１０分焼成するこ
とで、封着して構成される。

【０１７２】８４は電子放出部であり、８２，８３は、
本発明の実施の形態に係る電子放出素子の一対の素子電
極と接続された、それぞれＸ方向配線及びＹ方向配線で
ある。

【０１７３】外囲器９７は、上述の如く、フェースプレ
ート９６と支持枠９２とリアプレート９１とで構成され
る。また、フェースプレート９６とリアプレート９１と
間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設置する
ことにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器９
７を構成できる。

【０１７４】メタルバック９５は、蛍光膜作製後、蛍光
膜の内面側表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」
と呼ばれる。）を行い、その後Ａｌを、真空蒸着等を用
いて堆積させることで作ることができる。

【０１７５】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。

【０１７６】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【０１７７】次に、図１０に示す走査回路１０２につい
て説明する。同回路は、内部にＭ個のスイッチング素子
を備えたもので（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示し
ている）ある。各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘ
の出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいず
れか一方を選択し、表示パネル１０１の端子Ｄｘ１ない
しＤｘｍと電気的に接続される。

【０１７８】Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制
御回路１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて
動作するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチン
グ素子を組み合せることにより構成することができる。

【０１７９】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には本発明
の実施の形態に係る電子放出素子の特性（電子放出しき
い値電圧）に基づき、走査されていない素子に印加され
る駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるような一
定電圧を出力するよう設定されている。

【０１８０】制御回路１０３は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作
を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期信
号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよび
Ｔｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１８１】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離する為の回路で、一般的な周波数分
離（フィルター）回路等を用いて構成できる。

【０１８２】同期信号分離回路１０６により分離された
同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号より成るが、
ここでは説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。
前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分は便
宜上ＤＡＴＡ信号と表した。このＤＡＴＡ信号はシフト
レジスタ１０４に入力される。

【０１８３】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力されるＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎に
シリアル／パラレル変換するためのもので、制御回路１
０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動作す
る。即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ１０４
のシフトクロックであるということもできる。

【０１８４】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。

【０１８５】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１８６】変調信号発生器１０７は、画像データＩ’
ｄ１乃至Ｉ’ｄｎの各々に応じて本実施の形態に係る電
子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であ
り、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じ
て表示パネル１０１内の本実施の形態に係る電子放出素
子に印加される。

【０１８７】前述したように、本発明の実施の形態に係
る電子放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性
を有している。

【０１８８】即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖ
ｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子
放出が生じる。

【０１８９】電子放出しきい値以上の電圧に対しては、
素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。
このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場
合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場
合には電子ビームが出力される。

【０１９０】その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させる
事により出力電子ビームの強度を制御することが可能で
ある。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出
力される電子ビームの電荷の総量を制御する事が可能で
ある。

【０１９１】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波
高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いること
ができる。

【０１９２】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。

【０１９３】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式を用いた。

【０１９４】変調信号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ
変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加す
る。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７に
は、例えば高速の発振器および発振器の出力する波数を
計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記
メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組
み合せた回路を用いた。

【０１９５】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついては、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこれに限
られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式など他、
これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、
ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用
できる。

【０１９６】

【実施例】次に、上記実施の形態に基づくより具体的な
実施例を詳細に説明する。

【０１９７】（実施例１）本実施例では、基本的な構成
は、上述した実施の形態の中で説明した図１に示す構成
を備えたものである。

【０１９８】以下に、図５を用いて本実施例に係わる電
子放出素子の製造工程を詳細に説明する。

【０１９９】（工程１）基板１に石英基板を用い、十分
洗浄を行った後、引出し電極２及び陰極電極３を形成す
るために、はじめに、基板全体にスパッタ法により、不
図示の厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ５００ｎｍのＰｔの蒸
着を連続的に行った。

【０２００】次に、フォトリソグラフィー工程で、不図
示のポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリアン
ト社製）を用いてレジストパターンを形成した。

【０２０１】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層とＴｉ層に対して、Ａｒガス
を用いてドライエッチングを行い、電極ギャップ間（間
隙の幅）が５μｍからなる引出し電極２、および陰極電
極３をパターニングした（図５（Ａ）に示す状態）。

【０２０２】以下、フォトリソグラフィー工程、成膜、
リフトオフ、エッチング等による薄膜やレジストのパタ
ーニングを単にパターンニングと称する。

【０２０３】（工程２）次に、基板全体に不図示のＣｒ
を電子ビーム蒸着にて約１００ｎｍの厚さに堆積し、そ
の上にポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリア
ント社製）をパターニングした。

【０２０４】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、触媒微粒子を介して繊維状カーボンが
成長する導電層を被覆すべき領域（１００μｍ×８０μ
ｍ）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。

【０２０５】次に、スパッタ法にて触媒微粒子を介して
繊維状カーボンが成長するＴｉを厚さ５０ｎｍの厚さと
なるように蒸着を行った。

【０２０６】次に、不要なＴｉとレジストを同時に剥離
して（リフトオフ法）、Ｔｉ導電層（第１の層５）を形
成した（図５（Ｂ）に示す状態）。

【０２０７】（工程３）工程２と同様なパターンニング
により、Ｔｉ導電層（第１の層５）を、Ｔｉ導電層（第
１の層５）の引出し電極側の側壁のみが露出するよう
に、触媒微粒子を介して繊維状カーボンが成長しないＴ
ａ導電層（第２の層６）（１４０μｍ×１００μｍ）で
覆った（図５（Ｃ）に示す状態）。

【０２０８】（工程４）続いて、不図示のＣｒ約１００
ｎｍを、Ｐｔ／Ｔｉ層（陰極電極３に相当），Ｔｉ導電
層（第１の層５）及びＴａ導電層（第２の層６）の引出
し電極側の側壁のみが露出するようにパターンニングし
た。

【０２０９】そして、Ｐｄ錯体にイソプロピルアルコー
ル等を加えた錯体溶液を、スピンコートにて基板全体に
塗布した。

【０２１０】塗布後、大気中３００℃で熱処理を行い、
酸化パラジウムを全面に約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く
ことにより、不要な酸化パラジウムをリフトオフして、
パターニングされた酸化パラジウムを形成した。

【０２１１】大気を排気後、基板を２００℃に加熱し、
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の触媒
微粒子５２が壁面に形成された。この時の粒子の密度は
約１０¹¹〜１０¹²個／ｃｍ²と見積もられた（図５
（Ｄ）に示す状態）。

【０２１２】（工程５）続いて、窒素希釈した０．１％
エチレン気流中で、５００℃，１０分間加熱処理をし
た。これを走査電子顕微鏡で観察すると、壁面の触媒微
粒子のうち触媒微粒子を介して繊維状カーボンが成長す
るＴｉ導電層（第１の層５）の壁面のみに、直径１０ｎ
ｍ〜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４が形成されているのがわかった。

【０２１３】このとき繊維状カーボン４の厚さは約５０
０ｎｍとなっていた。触媒微粒子を介して繊維状カーボ
ンが成長しないＰｔ層（陰極電極３）及びＴａ導電層
（第２の層６）の壁面には、繊維状カーボン４は認めら
れなかった（図５（Ｅ）に示す状態）。

【０２１４】以上のようにして作製した電子放出素子を
図６に示すような真空装置６０に設置し、真空排気装置
６５によって２×１０^-5Ｐａに到達するまで十分に排気
した。

【０２１５】そして、図６に示したように、素子からＨ
＝２ｍｍ離れた陽極（アノード）６１に、陽極（アノー
ド）電圧としてＶａ＝１０ＫＶを印加した。このとき素
子には駆動電圧（電極２，３間に印加する電圧）Ｖｆ＝
２０Ｖからなるパルス電圧を印加して、流れる素子電流
Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。

【０２１６】素子のＩｆ及びＩｅ特性は、図７に示すよ
うな特性であった。すなわち印加電圧の約半分からＩｅ
が急激に増加し、Ｖｆが１５Ｖでは約１μＡの電子放出
電流Ｉｅが測定された。一方ＩｆはＩｅの特性に類似し
ていたが、その値はＩｅと比較して一桁以上小さな値で
あった。

【０２１７】得られたビームは、Ｙ方向に細長くＸ方向
に短い、略矩形形状であった。

【０２１８】陰極電極３とゲート電極２間に印加する電
圧（Ｖｆ）を１５Ｖに固定し、アノード間距離をＨ２ｍ
ｍに固定して、アノード電圧を５ＫＶ，１０ＫＶ、ギャ
ップ（間隙の幅）を１μｍ，５μｍにした時のビーム幅
を測定したところ表１のようになった。

【０２１９】

【表１】駆動に必要な電界は成長条件を変えることで変化させる
ことが可能であった。特に酸化パラジウムを還元処理し
て出来るＰｄの平均粒径が、その後の成長で出来る繊維
の直径と関連している。

【０２２０】Ｐｄの平均直径は塗布するＰｄ錯体のＰｄ
濃度とスピンコートの回転数で制御することが可能であ
った。

【０２２１】この素子のカーボン繊維を透過電顕で観察
したところ、グラフェンが図１２の右に示すように積層
された構造であった。グラフェンの積層間隔（Ｃ軸方
向）は温度が低い５００℃程度では不鮮明であり、その
間隔が０．４ｎｍであったが、温度が高くなればなるほ
ど、格子間隔が鮮明となり、７００℃では０．３４ｎｍ
となりグラファイト０．３３５ｎｍに近い値となった。

【０２２２】以上のように、本実施例に係わる電子放出
素子の構成をとることにより、容量及び駆動電圧が低減
され、効率が高く、ビーム径の小さい特性をもつ電子放
出素子が実現できた。

【０２２３】（実施例２）図２を参照して実施例２に係
わる電子放出素子について説明する。図２は本発明の実
施例２に係る電子放出素子の模式図であり、（Ａ）はそ
の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中ＡＡ断面図である。

【０２２４】本実施例では実施例１における引出し電極
２の厚さを２００ｎｍに形成した以外の構成等は実施例
１と同様にして電子放出素子の作製を行い、Ｉｆ，Ｉｅ
の計測を行った。

【０２２５】本素子構成により、引出し電極２の厚さよ
りも陰極電極３の厚さを厚くすることによって、電子放
出位置を引出し電極２から見て、確実に高い位置（アノ
ード側）にすることが出来た。

【０２２６】この構成によって、ゲートに衝突する軌道
を描く電子数が減少し、効率の低下や、ビーム径の増大
を招く現象を防ぐことが出来た。

【０２２７】この結果、本素子構成においても、Ｖｆが
２０Ｖでは約１μＡの電子放出電流Ｉｅが測定された。
一方ＩｆはＩｅの特性に類似していたが、その値はＩｅ
と比較して二桁小さな値であった。この時のビーム径も
ほぼ表１と同じであった。

【０２２８】以上のように、本実施例に係わる電子放出
素子の構成をとることにより、容量及び駆動電圧が低減
され、効率が高く、ビーム径の小さい特性をもつ電子放
出素子が実現できた。

【０２２９】（実施例３）図３を参照して実施例３に係
わる電子放出素子について説明する。図３は本発明の実
施例３に係る電子放出素子の模式図であり、（Ａ）はそ
の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中ＡＡ断面図である。

【０２３０】本実施例では実施例１における工程２にお
いて、導電層５を陰極電極３の表面上から基板表面上で
あって、ギャップ（間隙）にまたがって、ギャップのほ
ぼ中間位置まで形成して、ギャップ間距離を約半分に形
成した構成となっている。

【０２３１】本素子では実施例１と比較してギャップ間
距離が小さい分、電界が約２倍程度強い。このため駆動
の電圧は８Ｖ程度まで低下させることが可能となった。
また導電層５を繊維状カーボン４の電気的接続層として
用いたことによりギャップ内の繊維状カーボン４から安
定に電子放出させることが可能となった。

【０２３２】以上のように、本実施例に係わる電子放出
素子の構成をとることにより、容量及び駆動電圧が低減
され、効率が高く、ビーム径の小さい特性をもつ電子放
出素子が実現できた。

【０２３３】（実施例４）図４を参照して実施例４に係
わる電子放出素子について説明する。図４は本発明の実
施例４に係る電子放出素子の模式図であり、（Ａ）はそ
の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中ＡＡ断面図である。

【０２３４】本実施例では上記実施例１で述べた工程１
と工程２が以下に示すように異なっており、他の工程は
同一である。

【０２３５】（工程１）基板１に石英基板を用い、十分
洗浄を行った後、陰極（エミッター）電極３として、ス
パッタ法により厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ５００ｎｍの
Ｐｔと、繊維状カーボンが成長可能な導電層５として厚
さ１００ｎｍのＴｉの蒸着を連続的に行った。

【０２３６】次に、フォトリソグラフィー工程で、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。

【０２３７】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Ｔｉ導電層（第１の層５）を、ＣＦ₄
を用いてドライエッチングを行い、続いて、Ｐｔ，Ｔｉ
層をＡｒにてドライエッチングを行って、陰極電極３を
形成した。

【０２３８】次に、陰極電極３をマスクとして用い、フ
ッ酸とフッ化アンモニウムからなる混酸を用いて、約５
００ｎｍの深さ、石英基板をエッチングした。

【０２３９】続いて、引出し電極２として再びスパッタ
法により厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ３０ｎｍのＰｔの蒸
着を連続的に行った。陰極電極３のフォトレジストを剥
離後、再びポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラ
リアント社製）を用いてゲート電極形状を形成するため
のレジストパターンを形成した。

【０２４０】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、段局間に形成された段差がギャップ
として作用するように引出し電極２を形成した。

【０２４１】そして、レジストパターンを陰極上に形成
して、直進性の良い抵抗加熱蒸着でＮｉ微粒子の形成
を、約５ｎｍの厚さに形成し、その後酸化処理を３５０
℃で３０分行った。この工程以降は、実施例１と同じ工
程とした。

【０２４２】本素子構成により、より微細なギャップを
作ることが可能となり、約６Ｖ程度から電子放出させる
ことが出来るようになった。

【０２４３】また、電子放出材料の高さ（膜厚）が厚い
ことに起因して、膜の上部からだけでなく中間位置から
電子が出ることで、ゲート電極に電子が衝突することに
よる効率の低下や、ビーム径の増大を防ぐことが出来
た。

【０２４４】（実施例５）上記実施例に係わる電子放出
素子を複数配して得られる画像形成装置について説明す
る。

【０２４５】実施例１の電子放出素子を図８に示すよう
にマトリクス状に配置し、電子源基体８１を完成させ
た。

【０２４６】この電子源基体８１を用いて、電子放出素
子８４上部に、２ｍｍの距離を隔てて蛍光体９４を有す
る陽極（アノード）基板９６が配置されるようにし、図
９に示す画像形成装置を作製した。

【０２４７】Ｖｆ＝２０Ｖからなるパルス電圧、Ｖａ
（アノードに印加する電圧）＝１０ｋＶで駆動したとこ
ろ、画像形成装置においても実施例１と同様の特性が得
られた。

【０２４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、繊維状
カーボンを、導電層の引出し電極側側壁面上のみに成長
するようにしたので、導電層の他の面からの電子放出を
低減することができ、電子放出効率の向上を図り、か
つ、放出する電子軌道の収束性の向上を図ることができ
た。

【０２４９】また、このように電子放出効率及び電子軌
道の収束性に優れた電子放出素子を電子源に適用するこ
とで、高品位な電子源を実現でき、また、画像形成装置
にそのような電子源を適用することで、より高精細な画
像形成を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態及び実施例１に係る電子放
出素子の模式図である。

【図２】本発明の実施例２に係る電子放出素子の模式図
である。

【図３】本発明の実施例３に係る電子放出素子の模式図
である。

【図４】本発明の実施例４に係る電子放出素子の模式図
である。

【図５】本発明の実施例１に係わる電子放出素子の製造
工程図である。

【図６】電子放出素子の動作説明図である。

【図７】電子放出素子の基本的な動作特性図である。

【図８】本発明の実施の形態に係る電子源の模式的平面
図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一部
破断斜視図である。

【図１０】本発明の実施の形態に係る画像形成装置のブ
ロック図である。

【図１１】繊維状カーボン（カーボンナノチューブ）の
概略構成図である。

【図１２】繊維状カーボン（グラファイトナノファイバ
ー）の概略構成図である。

【図１３】従来技術に係る縦型ＦＥの概略構成図であ
る。

【図１４】従来技術に係る横型ＦＥの概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１基板２引出し電極３陰極電極４繊維状カーボン５第１の層６第２の層５２触媒微粒子６０真空装置６１アノード６２蛍光体６３等電位線６５真空排気装置８１基体８２Ｘ方向配線８３Ｙ方向配線８４電子放出素子８５結線９１リアプレート９２支持枠９３ガラス基体９４蛍光膜９５メタルバック９６フェースプレート９７外囲器１０１表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性の基板上に、間隙を挟んで対向する
ように形成される引出し電極及び陰極電極と、前記陰極電極上に形成された、Ｔｉの酸化物，Ｚｒの酸
化物またはＮｂの酸化物をその表面に有する第１の層
と、前記第１の層の、前記引出し電極側の側壁面上に設けら
れた触媒粒子を介して成長した繊維状カーボンと、を有
することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記第１の層は、前記引出し電極側の側壁
面のみが露出され、他の表面は前記第１の層に比べて繊
維状カーボンが成長しない材料で覆われていることを特
徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】前記第１の層に比べて繊維状カーボンが成
長しない材料は、Ｔａ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ及び前
記触媒粒子を構成する材料と同一種類の材料のうちの少
なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項２
に記載の電子放出素子。
【請求項４】前記繊維状カーボンは、グラファイトナノ
ファイバー，カーボンナノチューブ，アモルファスカー
ボンもしくはこれらの混合物からなることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電子放出素子。
【請求項５】前記繊維状カーボンは、グラフェンを有す
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記
載の電子放出素子。
【請求項６】前記繊維状カーボンは、複数のグラフェン
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一
つに記載の電子放出素子。
【請求項７】前記複数のグラフェンは、前記繊維状カー
ボンの軸方向に積層されてなることを特徴とする請求項
６に記載の電子放出素子。
【請求項８】前記触媒粒子は、Ｐｄ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ
あるいはこれらの合金からなることを特徴とする請求項
１乃至７のいずれか一つに記載の電子放出素子。
【請求項９】前記繊維状カーボンによる電子放出位置
が、前記引出し電極の表面の位置よりも、前記基板の表
面から離れていることを特徴とする請求項１乃至８のい
ずれか一つに記載の電子放出素子。
【請求項１０】前記引出し電極及び陰極電極は、略平面
状の前記基板表面上に形成されると共に、前記陰極電極
の厚みが、引出し電極の厚みよりも厚いことを特徴とす
る請求項１乃至９のいずれか一つに記載の電子放出素
子。
【請求項１１】前記基板は、前記陰極電極が形成される
領域の厚みが、前記引出し電極が形成される領域の厚み
よりも厚いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
一つに記載の電子放出素子。
【請求項１２】前記第１の層は、前記陰極電極上から、
前記基板の表面上であって前記引出し電極及び陰極電極
との間隙内にまで形成されることを特徴とする請求項１
乃至１１のいずれか一つに記載の電子放出素子。
【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれか一つに記載
の電子放出素子を複数個配列したことを特徴とする電子
源。
【請求項１４】前記複数の電子放出素子を、マトリクス
状の配線にそれぞれ電気的に接続したことを特徴とする
請求項１３に記載の電子源。
【請求項１５】請求項１３または１４に記載の電子源に
対向する位置に、放出された電子の衝突によって画像を
形成する画像形成部材を設けたことを特徴とする画像形
成装置。
【請求項１６】基板表面上に、間隙を挟んで対向するよ
うに配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極に電気的に接続された炭素を主成分とす
る複数のファイバーとを有する電子放出素子であって、前記ファイバーは、前記第２の電極に対向する前記第１
の電極の面上に、配置されることを特徴とする電子放出
素子。
【請求項１７】前記炭素を主成分とするファイバーの各
々は、グラフェンを有することを特徴とする請求項１６
に記載の電子放出素子。
【請求項１８】前記炭素を主成分とするファイバーの各
々は、複数のグラフェンを有することを特徴とする請求
項１６に記載の電子放出素子。
【請求項１９】前記複数のグラフェンは、前記炭素を主
成分とするファイバーの軸方向に積層されてなることを
特徴とする請求項１８に記載の電子放出素子。
【請求項２０】前記第２の電極と前記第１の電極間に、
前記第２の電極の電位が高いように電圧を印加すること
により、電子を放出することを特徴とする請求項１６乃
至１９のいずれか一つに記載の電子放出素子。
【請求項２１】前記基板表面から前記ファイバーまでの
高さが、前記基板表面から前記第２の電極表面までの高
さよりも高いことを特徴とする請求項１６乃至２０のい
ずれか一つに記載の電子放出素子。
【請求項２２】前記第１の電極の厚みが、前記第２の電
極の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１６乃至２
１のいずれか一つに記載の電子放出素子。
【請求項２３】前記第１の電極と前記ファイバーとの間
に第１の層が配置されており、当該第１の層が、その表
面に、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物または、Ｎｂ酸化物を有
することを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれか一
つに記載の電子放出素子。
【請求項２４】前記炭素を主成分とするファイバーは、
前記第１の層上に配置された触媒材料を介して成長した
ものであることを特徴とする請求項２３に記載の電子放
出素子。
【請求項２５】前記触媒材料は、Ｐｄ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ、あるいはこれらの合金のいずれかであることを特徴
とする請求項２４に記載の電子放出素子。
【請求項２６】前記第１の層は、導電性であることを特
徴とする請求項２３乃至２５のいずれか一つに記載の電
子放出素子。
【請求項２７】前記第１の層は、前記第２の電極に対向
する面以外を第２の層で覆われており、当該第２の層
は、前記第１の層に比べて炭素を主成分とするファイバ
ーの成長が実質的に行われない材料からなることを特徴
とする請求項２３乃至２６のいずれか一つに記載の電子
放出素子。
【請求項２８】前記第１の層は、前記第２の電極に対向
する面以外を第２の層で覆われており、当該第２の層
は、Ｔａ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔおよび触媒材料と同
一種類の材料からなることを特徴とする請求項２３乃至
２６のいずれか一つに記載の電子放出素子。
【請求項２９】請求項１６乃至２８のいずれか一つに記
載の電子放出素子を複数配列した電子源。
【請求項３０】請求項２９に記載の電子源と、蛍光体と
を有する画像形成装置。