JP2002289086A - Electron emitting element, electron source, image forming device and manufacturing method for electron emitting element - Google Patents
Electron emitting element, electron source, image forming device and manufacturing method for electron emitting elementInfo
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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 are receiving attention.
【０００３】ＦＥ型電子放出素子の例としては、基板か
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 ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ
ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉ
ｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．，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。スピ
ント型電子放出素子の模式図を図１１にしめす。図１１
において、１は基板、２はゲート電極、３はカソード電
極、４は絶縁層、１１５はエミッタ、１１６は陽極、１
１７はビーム形状である。動作原理は、ゲート電極２に
エミッター１１５に対して正の電圧を印加すると、先鋭
化されたエミッター１１５の先端に電界集中が起こり、
電子が放出されるというものである。As an example of an FE type electron-emitting device, a device having a shape of a cone or a quadrangular pyramid in a substantially vertical direction from a substrate, for example, C.I. A. Spindt, "Physical
Properties of thin-film
field emissioncathodes wi
th molbdenum cones ", J. Ap
pl. Phys. , 47, 5248 (1976) and the like (hereinafter, Spindt type) are known. FIG. 11 shows a schematic diagram of a Spindt-type electron-emitting device. FIG.
, 1 is a substrate, 2 is a gate electrode, 3 is a cathode electrode, 4 is an insulating layer, 115 is an emitter, 116 is an anode, 1
17 is a beam shape. The operating principle is that, when a positive voltage is applied to the gate electrode 2 with respect to the emitter 115, an electric field concentration occurs at the tip of the sharpened emitter 115,
Electrons are emitted.
【０００４】その他の構造として、エミッターにカーボ
ンナノチューブ等のカーボンファイバーを用いたものが
特開平９−２２１３０９号公報などに開示されている。
図１２に示すように、カーボンナノチューブエミッタに
対して、引き出し電極に適当な正の電位を与え、電子放
出を行わせるものである。As another structure, a structure using carbon fibers such as carbon nanotubes as an emitter is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-221309.
As shown in FIG. 12, an appropriate positive potential is applied to the extraction electrode to the carbon nanotube emitter to cause electron emission.
【０００５】また、カーボンナノチューブを細孔内に形
成した電子源の例が特開平１０−１２１２４号公報や、
特開２０００−８６２１６号公報に開示されている。図
１３に特開２０００−８６２１６号公報の電子放出素子
を示す。[0005] Examples of an electron source in which carbon nanotubes are formed in pores are disclosed in JP-A-10-12124,
It is disclosed in JP-A-2000-86216. FIG. 13 shows an electron-emitting device disclosed in JP-A-2000-86216.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】自発光型画像表示装置
等の画像形成装置には、ＣＲＴのような高輝度を得る事
が要求される。また、消費電力の低減のため、駆動電圧
の低下及び、冷陰極エミッタからの放出電子量の増大が
要求されている。さらに画素毎の電流量分布が少なく、
長時間安定した電子放出および、蛍光体の発光が必要と
なる。An image forming apparatus such as a self-luminous image display apparatus is required to obtain a high brightness like a CRT. Further, in order to reduce power consumption, it is required to lower the driving voltage and increase the amount of electrons emitted from the cold cathode emitter. Furthermore, the current amount distribution for each pixel is small,
Long-term stable electron emission and emission of light from the phosphor are required.
【０００７】蛍光体及び、冷陰極の寿命を考慮しなが
ら、長時間高輝度を得つづけるためには、単位面積あた
りの冷陰極個数を増大させ、個々の冷陰極からの放出電
流を低減しなければならない。また、駆動電圧を低下す
るためには、電界集中が起こり易いように、スピント型
の先端のような、先鋭化された構造を設けなければなら
ない。In order to maintain high brightness for a long time while considering the life of the phosphor and the cold cathode, the number of cold cathodes per unit area must be increased and the emission current from each cold cathode must be reduced. Must. In order to reduce the driving voltage, a sharpened structure such as a Spindt-type tip must be provided so that electric field concentration is likely to occur.
【０００８】カーボンナノチューブ等のカーボンファイ
バー（カーボンを主成分とするファイバー）は、高いア
スペクト比を持ち電界が集中し易く、低電圧にて電子放
出を行わせる事ができ、個々の形状が微細であり単位面
積あたり、高密度に集積配置する事が可能である。さら
に、気相成長法等により大面積にわたり安価に製造する
事ができるという利点もあり、画像形成装置等の冷陰極
として適した材料である。[0008] Carbon fibers such as carbon nanotubes (fibers containing carbon as a main component) have a high aspect ratio, tend to concentrate an electric field, can emit electrons at a low voltage, and have a fine individual shape. It is possible to integrate and arrange at a high density per unit area. Further, it is advantageous in that it can be manufactured at a low cost over a large area by a vapor phase growth method or the like, and is a material suitable for a cold cathode of an image forming apparatus or the like.
【０００９】カーボンナノチューブ等のカーボンファイ
バーを、デバイスの所望の位置に配置する方法は、アー
ク放電法や、レーザーアブレーション法により作製した
カーボンナノチューブを精製した後、ペーストに混ぜて
塗布する方法や、触媒金属薄膜を基板上に形成し、熱処
理やエネルギービームの照射等により微粒子に変え、原
料ガスを供給して加熱する事により、触媒微粒子を核と
してカーボンファイバーを成長させる方法がある。A method of disposing carbon fibers such as carbon nanotubes at a desired position on a device includes a method of purifying carbon nanotubes produced by an arc discharge method or a laser ablation method, and then mixing and applying the paste to a paste; There is a method in which a metal thin film is formed on a substrate, converted into fine particles by heat treatment or energy beam irradiation, and a raw material gas is supplied and heated to grow carbon fibers with catalyst fine particles as nuclei.
【００１０】カーボンナノチューブ等のカーボンファイ
バーを、画像形成装置の冷陰極として製造する際に、こ
こで問題が発生する。A problem arises here when carbon fibers such as carbon nanotubes are manufactured as cold cathodes for image forming apparatuses.
【００１１】従来のカーボンファイバーの製造方法で
は、カーボンファイバーを、適度な間隔をおいて規則正
しく配置する事が困難であり、カーボンファイバーの密
度を均一性高く制御することが困難であった。従来の方
法で作製したカーボンファイバーを用いた電子放出素子
では、カーボンファイバーの集積密度が高く、個々のフ
ァイバーに均等に電界をかける事が困難である。このた
め、必要な電流密度を得るために印加する電圧の増大を
招き、ファイバーの集積密度の割に電子放出点の密度が
少ないという傾向があった。In the conventional method for producing carbon fibers, it is difficult to arrange carbon fibers regularly at appropriate intervals, and it is difficult to control the density of carbon fibers with high uniformity. In an electron-emitting device using carbon fibers manufactured by a conventional method, the integration density of carbon fibers is high, and it is difficult to apply an electric field to each fiber uniformly. For this reason, the voltage applied to obtain a required current density is increased, and the density of electron emission points tends to be small compared to the fiber integration density.
【００１２】カーボンファイバーを画像形成装置の電子
放出素子としてより好適に用いるには、カーボンファイ
バーの集積密度を制御して、個々のファイバーに十分に
電界がかかるような構造とし、電子放出点を増やして個
々のファイバーからの放出電子量を低減しつつ、１画素
あたりの電流密度を増加させる必要がある。In order to use carbon fibers more preferably as an electron-emitting device of an image forming apparatus, the density of the carbon fibers is controlled so that a sufficient electric field is applied to each fiber to increase the number of electron-emitting points. It is necessary to increase the current density per pixel while reducing the amount of electrons emitted from each fiber.
【００１３】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、カーボ
ンファイバーの密度を制御して単位面積あたりの放出点
を増加させ、電流密度が高く長寿命、並びに作製方法が
単純な電子放出素子、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を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to increase the emission point per unit area by controlling the density of carbon fiber so that the current density can be reduced. An object of the present invention is to provide an electron-emitting device having a long lifetime and a simple manufacturing method, an electron source using the same, an image forming apparatus, and a method of manufacturing the electron-emitting device.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の電子放出
素子は、基板上に第一電極と、該第一電極の近傍に配置
され、該第一電極に対して高い電位を印加する第二電極
と、前記第一電極上に複数の突起と、を有する電子放出
素子であって、前記第一電極上に形成された複数の突起
の各々が、前記第１電極上に互いに間隔を置いて配置さ
れた複数の塊の各々を核として成長したものである事を
特徴とする。That is, an electron-emitting device according to the present invention is provided with a first electrode on a substrate and a first electrode which is disposed near the first electrode and applies a high potential to the first electrode. An electron-emitting device having two electrodes and a plurality of protrusions on the first electrode, wherein each of the plurality of protrusions formed on the first electrode is spaced apart from each other on the first electrode. It is characterized by being grown with each of a plurality of blocks arranged as nuclei.
【００１５】本発明の電子放出素子においては、前記突
起は、カーボンを主成分としたアスペクト比の高い突起
物である事が好ましい。In the electron-emitting device according to the present invention, it is preferable that the protrusion is a protrusion having carbon as a main component and having a high aspect ratio.
【００１６】また、前記突起は、少なくとも、カーボン
ファイバー、カーボンナノチューブ、グラファイトファ
イバー、アモルファスカーボンファイバー、ダイヤモン
ドライクカーボン、ダイヤモンド、ダイアモンドファイ
バーから選択されたものである事が好ましい。It is preferable that the protrusion is at least one selected from carbon fiber, carbon nanotube, graphite fiber, amorphous carbon fiber, diamond-like carbon, diamond, and diamond fiber.
【００１７】また、前記塊は、カーボンファイバーの成
長を促進する触媒機能を有する導電性材料である事が好
ましく、前記導電性材料は金属である事がより好まし
い。Preferably, the lump is a conductive material having a catalytic function of promoting the growth of carbon fibers, and more preferably, the conductive material is a metal.
【００１８】また、前記塊は、カーボン、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔから選択された材料を主成分と
することが好ましい。Further, the lump is made of carbon, Fe, Ni,
It is preferable to use a material selected from Co, Rh, Pd, and Pt as a main component.
【００１９】本発明の電子源は、電子放出素子を複数
個、結線してなる電子源であって、該電子放出素子が上
記電子放出素子であることを特徴とする。An electron source according to the present invention is an electron source formed by connecting a plurality of electron-emitting devices, wherein the electron-emitting devices are the above-described electron-emitting devices.
【００２０】本発明の画像形成装置は、上記電子源と、
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ることを特徴とする。An image forming apparatus according to the present invention comprises:
And an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source.
【００２１】本発明の電子放出素子の製造方法の第一
は、第一及び第二電極と、該第一電極上に配置されたカ
ーボンを主成分とする複数の突起と、を有する電子放出
素子の製造方法であって、第一及び、第二電極を形成す
る工程と、前記第一電極上に、カーボンの成長を促進せ
しめる材料を含む膜を形成する工程と、前記膜を複数の
領域に分割する工程と、前記分割された領域から、カー
ボンを主成分とする突起を成長させる工程と、を有する
事を特徴とする。The first aspect of the method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention is as follows. An electron-emitting device having first and second electrodes and a plurality of projections mainly composed of carbon disposed on the first electrode. A method of forming a first and second electrodes, a step of forming a film containing a material that promotes the growth of carbon on the first electrode, and forming the film in a plurality of regions A dividing step; and a step of growing a projection containing carbon as a main component from the divided region.
【００２２】本発明の電子放出素子の製造方法の第一に
おいては、前記膜を複数の領域に分割する工程が、前記
膜上に複数の粒子を並べ、該粒子をマスクとして前記膜
をエッチングする工程を含むことが好ましく、前記粒子
が互いに接触するように配置されることがより好まし
い。In the first method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, the step of dividing the film into a plurality of regions includes arranging a plurality of particles on the film and etching the film using the particles as a mask. Preferably, the method includes a step, and more preferably, the particles are arranged so as to be in contact with each other.
【００２３】また、前記粒子が、シリカを主成分とする
事が好ましい。It is preferable that the particles contain silica as a main component.
【００２４】また、前記粒子をマスクとして、前記膜を
エッチングする工程が、前記粒子を同時にエッチングし
て除去する工程である事が好ましい。It is preferable that the step of etching the film using the particles as a mask is a step of simultaneously etching and removing the particles.
【００２５】また、前記膜と前記第１の電極との間にエ
ッチングを抑制する層を配置する工程をさらに有する事
が好ましい。It is preferable that the method further includes a step of arranging a layer for suppressing etching between the film and the first electrode.
【００２６】また、前記カーボンを主成分とする突起を
形成する工程が、炭素化合物ガスを原料として気相成長
法により形成する工程を含む事が好ましい。It is preferable that the step of forming the projections containing carbon as a main component includes a step of forming the projections using a carbon compound gas as a raw material by a vapor phase growth method.
【００２７】また、前記カーボンを主成分とする突起
が、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、グラ
ファイトファイバー、アモルファスカーボンファイバ
ー、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、ダイ
アモンドファイバーのいずれかからなることが好まし
い。It is preferable that the projection containing carbon as a main component is made of any one of carbon fiber, carbon nanotube, graphite fiber, amorphous carbon fiber, diamond-like carbon, diamond, and diamond fiber.
【００２８】本発明の電子放出素子の製造方法の第二
は、基板上に配置された導電性膜と、該導電性膜と電気
的に接続するように配置されたカーボンを主成分とする
複数のファイバーとを有する電子放出素子の製造方法で
あって、基板上に導電性膜を形成する工程と、該導電性
膜上に炭素の成長を促進する材料を有する層を形成する
工程と、該炭素の成長を促進する材料を有する層を所望
の形状にパターニングする工程と、該パターニング工程
により所望形状にパターニングされた前記炭素の成長を
促進する材料を有する層にカーボンを主成分とするファ
イバーを形成する工程と、を有することを特徴とする。The second aspect of the method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention is that a conductive film disposed on a substrate and a plurality of carbon-based main components disposed so as to be electrically connected to the conductive film. A method of manufacturing a conductive film on a substrate, a step of forming a layer having a material that promotes the growth of carbon on the conductive film, Patterning a layer having a material that promotes the growth of carbon into a desired shape, and forming a layer having a material that promotes the growth of carbon into a layer having a material that promotes the growth of carbon by the patterning step. And forming.
【００２９】本発明の電子放出素子の製造方法の第三
は、基板上に配置された導電性膜と、該導電性膜と電気
的に接続するように配置されたカーボンを主成分とする
複数のファイバーとを有する電子放出素子の製造方法で
あって、基板上に導電性膜を形成する工程と、該導電性
膜上に炭素の成長を促進する材料を有する層を形成する
工程と、該炭素の成長を促進する材料を有する層上に粒
子を複数配置する工程と、該粒子をマスクとして、該炭
素の成長を促進する材料を有する層をエッチングするこ
とにより、該炭素の成長を促進する材料を有する層を所
望の形状にパターニングする工程と、該所望形状にパタ
ーニングされた前記炭素の成長を促進する材料を有する
層上にカーボンを主成分とするファイバーを形成する工
程と、を有することを特徴とし、前記複数の粒子は互い
に接触して配置されることが好ましい。A third method of manufacturing the electron-emitting device according to the present invention comprises a conductive film disposed on a substrate and a plurality of carbon-based main components disposed so as to be electrically connected to the conductive film. A method of manufacturing a conductive film on a substrate, a step of forming a layer having a material that promotes the growth of carbon on the conductive film, A step of arranging a plurality of particles on a layer having a material that promotes the growth of carbon, and using the particles as a mask, etching the layer having a material that promotes the growth of carbon to promote the growth of the carbon Patterning a layer having a material into a desired shape; and forming a fiber containing carbon as a main component on the layer having a material that promotes the growth of the carbon patterned into the desired shape. Characterized said plurality of particles are preferably arranged in contact with each other.
【００３０】本発明の電子放出素子の製造方法の第四
は、基板上に配置された導電性膜と、該導電性膜と電気
的に接続するように配置されたカーボンを主成分とする
複数のファイバーとを有する電子放出素子の製造方法で
あって、基板上に導電性膜を形成する工程と、該導電性
膜上に炭素の成長を促進する材料を有する層を複数、互
いに離間して形成する工程と、該複数の炭素の成長を促
進する材料を有する層の各々の上にカーボンを主成分と
するファイバーを形成する工程と、を有することを特徴
とする。A fourth method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention comprises a conductive film disposed on a substrate and a plurality of carbon-based main components disposed so as to be electrically connected to the conductive film. The method of manufacturing an electron-emitting device having a fiber, a step of forming a conductive film on the substrate, a plurality of layers having a material for promoting the growth of carbon on the conductive film, separated from each other Forming a carbon-based fiber on each of the plurality of layers having a material that promotes the growth of carbon.
【００３１】[0031]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
好適な実施の形態の一例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, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are intended to limit the scope of the present invention only to them unless otherwise specified. is not.
【００３２】まず、本発明の特徴である電子放出素子の
突起の形状均一化及び、密度制御処理について、以下に
説明する。First, the process of uniforming the shape of the projections of the electron-emitting device and controlling the density, which are features of the present invention, will be described below.
【００３３】本発明において、「カーボンを主成分とす
るファイバー」あるいは「カーボンファイバー」とは、
カーボンナノチューブ、グラファイトファイバー、アモ
ルファスカーボンファイバー、ダイアモンドファイバー
を含む。カーボンを主成分とするファイバーの合成方法
としては、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学気相成
長法（以下ＣＶＤと記述）等が代表的であり、さらにＣ
ＶＤ法には、熱ＣＶＤ法、プラズマエンハンスＣＶＤ法
がある。電子放出素子等の電子デバイスにカーボンファ
イバーを陰極として搭載する手段としては、選択成長が
可能であるため触媒微粒子を核としたＣＶＤ法が適して
いる。In the present invention, the term “fiber mainly composed of carbon” or “carbon fiber” means
Includes carbon nanotubes, graphite fibers, amorphous carbon fibers, and diamond fibers. As a method for synthesizing a fiber containing carbon as a main component, an arc discharge method, a laser evaporation method, a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as CVD) and the like are typical.
The VD method includes a thermal CVD method and a plasma enhanced CVD method. As a means for mounting carbon fiber as a cathode in an electronic device such as an electron-emitting device, a CVD method using catalyst fine particles as a nucleus is suitable because selective growth is possible.
【００３４】触媒微粒子を核としたＣＶＤ法は、有機物
（炭素化合物）ガスの熱分解時に、基板上に直径１０〜
３０ｎｍ程のアイランド状の触媒材料が存在すると、そ
の触媒材料と有機物が溶け合い、そこからカーボンファ
イバーが成長するものである。このため触媒粒子を所望
の場所に配置しておけば、その領域にカーボンファイバ
ーを選択的に配置する事が可能である。従って、「触
媒」とは炭素（カーボン）の成長を促進する材料であ
る。In the CVD method using catalyst fine particles as a nucleus, when the organic substance (carbon compound) gas is thermally decomposed, a diameter of 10 to 10 is formed on the substrate.
When an island-shaped catalyst material having a thickness of about 30 nm is present, the catalyst material and an organic substance dissolve, and carbon fibers grow therefrom. For this reason, if the catalyst particles are arranged at a desired place, it is possible to selectively arrange carbon fibers in that area. Thus, a "catalyst" is a material that promotes the growth of carbon.
【００３５】本発明では、上記触媒材料をアイランド状
にする（分割する）。具体的な一例としては、図４に示
す様に、粒子をマスクとして触媒材料膜をエッチングす
る事により行う。In the present invention, the above-mentioned catalyst material is formed into islands (divided). As a specific example, as shown in FIG. 4, the etching is performed by etching the catalyst material film using the particles as a mask.
【００３６】図４は、触媒材料のパターンを均一性高く
配列する工程の概略図であり、図４−ａは、これらの積
層体の表面をマスク側から見た平面図、図４−ｂは断面
図である。図４において、３は陰極電極（カソード電
極）、６は触媒材料を含む層（触媒材料層）、及び５は
マスク材料であり、本例では粒子である。FIG. 4 is a schematic view of a process of arranging the pattern of the catalyst material with high uniformity. FIG. 4-a is a plan view of the surface of these laminates viewed from the mask side, and FIG. It is sectional drawing. In FIG. 4, 3 is a cathode electrode (cathode electrode), 6 is a layer containing a catalyst material (catalyst material layer), and 5 is a mask material, which in this example is particles.
【００３７】本発明によれば、触媒材料を含む膜上にマ
スクとなる粒子を複数配置し、当該触媒材料をエッチン
グしていくと、初期のマスク中心部に対応した触媒材料
の膜が塊化する（分割される）。さらに触媒材料の各塊
同士の位置（触媒材料塊の中心間距離ｄ）は、前記複数
の粒子（初期マスク）を接触するように配置した場合、
初期マスク半径ｒの２倍で規定され、各塊（分割された
触媒材料を含む層）同士の間隔をｄ＝２ｒとして制御で
きる。さらに初期マスク半径ｒが選択可能であるため、
間隔ｄを任意に設定する事ができる。According to the present invention, when a plurality of particles serving as a mask are arranged on a film containing a catalyst material, and the catalyst material is etched, the film of the catalyst material corresponding to the initial mask central portion is agglomerated. Yes (split). Further, the position of each mass of the catalyst material (distance d between the centers of the masses of the catalyst material) is determined when the plurality of particles (initial mask) are arranged to be in contact with each other.
It is defined as twice the initial mask radius r, and the distance between each block (the layer containing the divided catalyst material) can be controlled as d = 2r. Furthermore, since the initial mask radius r can be selected,
The interval d can be set arbitrarily.
【００３８】この方法により、触媒材料の塊を所望の位
置に形成した後、カーボンを主成分とするファイバーを
形成する。カーボンファイバーは、例えば炭素化合物ガ
スの熱分解により、触媒材料の塊から成長する。According to this method, after forming a mass of the catalyst material at a desired position, a fiber mainly containing carbon is formed. The carbon fiber grows from a mass of the catalyst material, for example, by thermal decomposition of a carbon compound gas.
【００３９】炭素化合物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、アセチレンなどの炭化
水素ガス、あるいはエタノールやアセトンなどの有機溶
剤の蒸気を用いることもある。As the carbon compound gas, for example, ethylene,
In some cases, a hydrocarbon gas such as methane, propane, propylene, or acetylene, or a vapor of an organic solvent such as ethanol or acetone is used.
【００４０】これらの工程において、マスク材料５と触
媒材料層６を適当に選択する事によりカーボンファイバ
ーを均一性高く密度制御が可能となる。触媒材料層６と
陰極電極３材料とが、エッチングする際に選択性を持た
ない場合には、触媒材料層６と陰極電極３との間に、エ
ッチングを抑制するための層である、「エッチングスト
ップ層」を入れてもよい。触媒材料の種類は、成長させ
るカーボンファイバーの種により選択し、それに合わせ
て適当な、マスク材料、エッチング方法を組み合わせれ
ばよい。In these steps, by appropriately selecting the mask material 5 and the catalyst material layer 6, the density of the carbon fiber can be controlled with high uniformity. When the material of the catalyst material layer 6 and the material of the cathode electrode 3 have no selectivity when etching, a layer for suppressing the etching is provided between the catalyst material layer 6 and the cathode electrode 3. A "stop layer" may be included. The type of the catalyst material may be selected according to the type of the carbon fiber to be grown, and an appropriate mask material and etching method may be combined in accordance with the selection.
【００４１】上記のような工程により、カーボンファイ
バーの密度を制御する事ができ、個々のファイバーに電
界がかかるようにする事で電子放出点を増大させる事が
できる。よって個々のファイバーの放出量を低減しつ
つ、電流密度を増大する事が可能であり、電子放出材の
寿命が向上する。画像形成装置として用いる場合には、
輝度ムラがなく、蛍光体の劣化が抑制され長期にわたっ
て均一な表示特性を有する。また、本発明の触媒材料を
均一に微小塊化する工程は、通常のリソグラフィープロ
セスと同様、大面積にわたり安価に製造できる。By the above-described steps, the density of the carbon fibers can be controlled, and the electron emission point can be increased by applying an electric field to each fiber. Therefore, it is possible to increase the current density while reducing the emission amount of each fiber, and the life of the electron emission material is improved. When used as an image forming apparatus,
There is no luminance unevenness, the deterioration of the phosphor is suppressed, and the display characteristics are uniform over a long period. In addition, the step of uniformly microaggregating the catalyst material of the present invention can be inexpensively manufactured over a large area, as in a normal lithography process.
【００４２】以下に、本発明の電子放出素子の製造方法
の一例を説明する。Hereinafter, an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention will be described.
【００４３】本発明の製造方法が有効となる電子放出素
子構成の一例を図２に示す。図２−ａは本実施の形態に
係る電子放出素子の平面図、図２−ｂは図２−ａにおけ
るＡ−Ａ’断面図である。FIG. 2 shows an example of the structure of an electron-emitting device in which the manufacturing method of the present invention is effective. FIG. 2A is a plan view of the electron-emitting device according to the present embodiment, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
【００４４】図２において１は基板、２は引出し電極
（ゲート電極）、３は陰極電極（カソード電極）、４は
絶縁層、６は所望の間隔に配置された触媒塊（触媒材料
層）、７はエッチングを抑制するための層である「エッ
チングストップ層」、８はカーボンを主成分とするファ
イバー（カーボンファイバー）である。In FIG. 2, 1 is a substrate, 2 is an extraction electrode (gate electrode), 3 is a cathode electrode (cathode electrode), 4 is an insulating layer, 6 is a catalyst mass (catalyst material layer) arranged at a desired interval, Reference numeral 7 denotes an “etching stop layer” which is a layer for suppressing etching, and reference numeral 8 denotes a fiber containing carbon as a main component (carbon fiber).
【００４５】図１に本実施の形態の電子放出素子の製造
方法の一例を示した。以下、図１に沿って本実施の形態
の電子放出素子の製造方法の一例を順を追って説明す
る。FIG. 1 shows an example of a method of manufacturing the electron-emitting device according to the present embodiment. Hereinafter, an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the present embodiment will be sequentially described with reference to FIG.
【００４６】予め、その表面を十分に洗浄した、石英ガ
ラス等の、絶縁性基板を基板１とし、基板１上に陰極電
極３、エッチングストップ層７及び、触媒材料を含む層
６を積層する（図１−ａ）。An insulating substrate made of quartz glass or the like whose surface has been sufficiently cleaned beforehand is used as a substrate 1, and a cathode electrode 3, an etching stop layer 7, and a layer 6 containing a catalyst material are laminated on the substrate 1 ( FIG. 1-a).
【００４７】陰極電極３、エッチングストップ層７及
び、触媒材料層（触媒材料を含む層）６は、蒸着法、ス
パッタ法等の一般的真空製膜技術、フォトリソグラフィ
ー技術などにより適宜形成される。The cathode electrode 3, the etching stop layer 7, and the catalyst material layer (layer containing the catalyst material) 6 are appropriately formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method or a sputtering method, a photolithography technique, or the like.
【００４８】陰極電極３は導電性を有しており、例え
ば、炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭化物、金属の
ホウ化物、半導体、半導体の金属化合物から適宜選択さ
れる。The cathode electrode 3 has conductivity and is appropriately selected from, for example, carbon, metal, metal nitride, metal carbide, metal boride, semiconductor, and metal compound of semiconductor.
【００４９】エッチングストップ層７の材料は、後述の
触媒材料層６及びマスク材料５により選択され、エッチ
ングストップ層７を省略する場合もある。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。エッチングストップ層７の厚さとしては、数
ｎｍから数μｍの範囲で設定される。また、エッチング
ストップ層７を配置する場合は、触媒材料層６と陰極電
極３との電気的接続をとるために導電性を有する。The material of the etching stop layer 7 is selected depending on the later-described catalyst material layer 6 and mask material 5, and the etching stop layer 7 may be omitted in some cases. The material is appropriately selected from, for example, carbon, metal, metal nitride, metal carbide, metal boride, semiconductor, and metal compound of semiconductor. The thickness of the etching stop layer 7 is set in a range from several nm to several μm. When the etching stop layer 7 is provided, the etching stop layer 7 has conductivity in order to establish electrical connection between the catalyst material layer 6 and the cathode electrode 3.
【００５０】触媒材料層６の主材料は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆ
ｅ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅから選択
された少なくとも１種以上の金属及び、これら金属の混
合物、またはカーボン及び炭化物から適宜選択される。
そして、触媒材料層６はカーボンファイバー８と陰極電
極３との電気的接続をとるために導電性を有する。The main material of the catalyst material layer 6 is Ni, Co, F
At least one metal selected from e, Cr, Rh, Pt, Pd, Y, La, and Ce, and a mixture of these metals, or carbon and carbide are appropriately selected.
Further, the catalyst material layer 6 has conductivity for establishing electrical connection between the carbon fiber 8 and the cathode electrode 3.
【００５１】次に、触媒材料層６上に、マスク材料５を
形成する（図１−ｂ）。マスク材料５はスピンコート
法、散布法や、真空蒸着法、スパッタ法等の一般的真空
製膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成され
る。Next, the mask material 5 is formed on the catalyst material layer 6 (FIG. 1B). The mask material 5 is formed by a general vacuum film forming technique such as a spin coating method, a spraying method, a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like, or a photolithography technique.
【００５２】マスク材料５として粒子を用いる場合は、
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の有機物の粒
子や、シリカやアルミナ等の無機物の粒子を用いる。ま
た、フォトリソグラフィーによりパターニングした有機
系レジスト、アイランド状に形成した、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材料層をマスク
として用いることができる。複数の触媒塊６の密度制御
だけでなく、個々の触媒塊６の間隔を均一性高く制御す
るには、有機及び、無機系の球状粒子を用いるのが好適
である。例えばシリカの球状粒子の水溶液をスピンコー
ト法により塗布し、焼成して水分を除去すれば、触媒材
料層６上にシリカの球状粒子を並べる事ができる。本発
明者等の知見によれば、シリカ球状粒子の水溶液の濃度
を適当に調整する事により、複数の球状粒子を互いに接
触した層を形成する事が可能である。When particles are used as the mask material 5,
Organic particles such as polymethyl methacrylate (PMMA) and inorganic particles such as silica and alumina are used. In addition, organic resists patterned by photolithography, carbon, metals, metal nitrides, metal carbides, metal borides, semiconductors,
A material layer appropriately selected from semiconductor metal compounds can be used as a mask. In order to control not only the density of the plurality of catalyst masses 6 but also the interval between the individual catalyst masses 6 with high uniformity, it is preferable to use organic and inorganic spherical particles. For example, if an aqueous solution of silica spherical particles is applied by a spin coating method and then baked to remove water, the silica spherical particles can be arranged on the catalyst material layer 6. According to the findings of the present inventors, it is possible to form a layer in which a plurality of spherical particles are in contact with each other by appropriately adjusting the concentration of the aqueous solution of silica spherical particles.
【００５３】マスクパターン形状の面積（球状粒子の場
合は直径）は、数十ｎｍから数十μｍの範囲から適宜設
定される。The area of the mask pattern shape (diameter in the case of spherical particles) is appropriately set in the range of several tens nm to several tens μm.
【００５４】次に、マスク材料５をマスクとして、触媒
材料層６をエッチングする工程を行う（図１−ｃ）。本
エッチング工程は大きく２つのパターンに分類される。
１）マスク材料５と共に触媒材料層６をエッチングして
いく場合。２）マスク材料５に対して、触媒材料層６を
選択的にエッチングしていく場合。がある。Next, a step of etching the catalyst material layer 6 is performed using the mask material 5 as a mask (FIG. 1C). This etching process is roughly classified into two patterns.
1) When the catalyst material layer 6 is etched together with the mask material 5. 2) The case where the catalyst material layer 6 is selectively etched with respect to the mask material 5. There is.
【００５５】エッチング方法としては、エッチング液に
よるウェットエッチング、エッチングガスによるドライ
エッチング、反応性イオンによるケミカルドライエッチ
ング、直進性の高エネルギーイオンによるフィジカルド
ライエッチング等が用いられ、マスク材料５、触媒材料
層６、及びエッチングストップ層７または陰極電極３材
料との組み合わせで、適宜選択される。Examples of the etching method include wet etching with an etching solution, dry etching with an etching gas, chemical dry etching with reactive ions, and physical dry etching with straight high-energy ions. 6 and the combination with the etching stop layer 7 or the material of the cathode electrode 3.
【００５６】本工程により触媒材料層６をエッチングし
ていくと、マスク材料５の形状に起因して、アイランド
状の触媒塊（各々が分離された複数の触媒材料層）６が
形成される。When the catalyst material layer 6 is etched in this step, an island-shaped catalyst mass (a plurality of catalyst material layers separated from each other) 6 is formed due to the shape of the mask material 5.
【００５７】本エッチング工程では、触媒塊６上にマス
ク材料５が残る場合がある（例えば上記２）の方法
等）。その場合は、マスク材料５を焼成や、選択エッチ
ングにより除去する工程が加えられる。In this etching step, the mask material 5 may remain on the catalyst mass 6 (for example, the method 2)). In that case, a step of removing the mask material 5 by baking or selective etching is added.
【００５８】次に、上記積層構造の一部に、絶縁層４及
び引き出し電極（ゲート電極）２を形成する（図１−
ｄ）。絶縁層４及び引き出し電極２は、蒸着法、スパッ
タ法等の一般的真空製膜技術、フォトリソグラフィー技
術により形成される。Next, an insulating layer 4 and a lead-out electrode (gate electrode) 2 are formed in a part of the laminated structure.
d). The insulating layer 4 and the extraction electrode 2 are formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method and a sputtering method, and a photolithography technique.
【００５９】絶縁層４の材料としては、高電界に絶えら
れる耐圧の高い材料が望ましく、適宜選択される。絶縁
層４の厚さとしては、数十ｎｍから数十μｍの範囲で選
択される。The material of the insulating layer 4 is preferably a material having a high withstand voltage that can be cut off by a high electric field, and is appropriately selected. The thickness of the insulating layer 4 is selected in the range of several tens nm to several tens μm.
【００６０】引き出し電極２には導電性を有している材
料が適宜選択される。引き出し電極２の厚さとしては、
数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。A material having conductivity is appropriately selected for the extraction electrode 2. As the thickness of the extraction electrode 2,
It is set in a range from several nm to several μm. Preferably, a heat-resistant material of carbon, metal, metal nitride, and metal carbide is desirable.
【００６１】次に、露出している触媒塊６を核として
に、カーボンファイバー８を形成する（図１−ｅ）。Next, a carbon fiber 8 is formed using the exposed catalyst mass 6 as a nucleus (FIG. 1-e).
【００６２】カーボンファイバー８は、ＣＶＤによる核
成長を利用した針状結晶の成長や、ひげ結晶の成長等を
利用して形成する。カーボンファイバー８の形状はＣＶ
Ｄ法に用いる、ガスの種類、ガス分解の手段、流量、成
長温度、触媒塊６の形状及び材料により制御される。ま
た、ＣＶＤ時に電界をかける事により形状を制御する場
合もある。The carbon fibers 8 are formed by utilizing the growth of needle crystals utilizing nucleus growth by CVD, the growth of whiskers, or the like. The shape of carbon fiber 8 is CV
It is controlled by the type of gas, the means of gas decomposition, the flow rate, the growth temperature, the shape and material of the catalyst mass 6 used in the method D. In some cases, the shape is controlled by applying an electric field during CVD.
【００６３】尚、本発明におけるカーボンファイバーと
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」を含有する。また、カーボン
ファイバーを構成する材料としては、ＴｉＣ、ＺｒＣ、
ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、アモルファ
スカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボ
ン、ダイヤモンド等の炭素化合物をも含む。Incidentally, the carbon fiber in the present invention contains "a columnar substance mainly composed of carbon" or "a linear substance mainly composed of carbon". Further, as the material constituting the carbon fiber, TiC, ZrC,
It also includes carbides such as HfC, TaC, SiC, and WC, and carbon compounds such as amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon, and diamond.
【００６４】触媒を用いて有機物ガスを分解して出来る
カーボンファイバーの例を図５、６に示す。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、真中は走査電子顕微鏡（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。FIGS. 5 and 6 show examples of carbon fibers formed by decomposing an organic gas using a catalyst. In each of the figures, the form seen at the optical microscope level (〜1000 times) on the leftmost side, the form seen at the scanning electron microscope (SEM) level (〜30,000 times) in the middle, and the transmission electron microscope (TEM) level (〜100) on the right side. (Million times) schematically shows the form of carbon that can be seen.
【００６５】図５に示す様に、グラフェンが円筒形状
（円筒形が多重構造になっているものはマルチウォール
ナノチューブと呼ばれる）の形態をとるものはカーボン
ナノチューブと呼ばれ、特にチューブ先端を開放させた
構造の時に、最もその閾値が下がる。As shown in FIG. 5, a graphene having a cylindrical shape (a cylindrical structure having a multi-layered structure is called a multi-wall nanotube) is called a carbon nanotube. In the case of a structured structure, the threshold value is the lowest.
【００６６】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カーボンファイバ
ーを図６に示す。この形態のカーボンファイバーはグラ
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。FIG. 6 shows a carbon fiber produced at a relatively low temperature using a catalyst in the same manner as the carbon nanotube. This form of carbon fiber is composed of a stack of graphene (which may be called graphite nanofiber, but the percentage of the amorphous structure increases with temperature).
【００６７】カーボンナノチューブとグラファイトナノ
ファイバーは触媒の種類、及び分解の温度によって異な
り、同一の触媒で、両方の構造を持つ物を温度によって
選択可能である場合もあるし、どちらかの構造しか出来
ない場合もある。Carbon nanotubes and graphite nanofibers differ depending on the type of catalyst and the temperature of decomposition. In some cases, the same catalyst can be used to select one having both structures depending on the temperature. Not always.
【００６８】どちらのカーボンファイバーも電子放出の
閾値が１Ｖ〜１０Ｖ／μｍ程度であり、本発明の電子放
出部材として好ましい。Both carbon fibers have an electron emission threshold of about 1 V to 10 V / μm, and are preferable as the electron emission member of the present invention.
【００６９】触媒としてはＦｅ、Ｃｏなどがカーボンナ
ノチューブの形成において一般的に使用されるが、Ｐ
ｄ、Ｎｉにおいても本発明のカーボンファイバー形成用
の核として用いることが出来る。As a catalyst, Fe, Co and the like are generally used in forming carbon nanotubes.
d and Ni can also be used as nuclei for forming the carbon fiber of the present invention.
【００７０】特に、Ｐｄ、Ｎｉにおいては低温（４５０
℃以上の温度）でグラファイトナノファイバーを生成す
ることが可能である。Ｆｅ、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。In particular, in the case of Pd and Ni, low temperature (450
It is possible to produce graphite nanofibers at temperatures above ℃. Since the formation temperature of carbon nanotubes using Fe and Co needs to be 800 ° C. or higher,
Since the production of the graphite nanofiber material using Pd and Ni is possible at a low temperature, it is preferable from the viewpoint of the influence on other members and the production cost.
【００７１】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源について、
図８を用いて説明する。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
は本発明の電子放出素子、８５は結線である。Hereinafter, based on this principle, an electron source obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices to which the present invention can be applied will be described.
This will be described with reference to 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 of the present invention, and 85 is a connection.
【００７２】ｍ本のＸ方向配線８２は，ＤＸ1，Ｄ
Ｘ2，．．ＤＸmからなり，真空蒸着法，印刷法，スパッ
タ法等を用いて形成された導電性金属等で構成すること
ができる。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。
Ｙ方向配線８３は，ＤＹ1，ＤＹ2．．ＤＹn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。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 m X-direction wirings 82 are DX 1 , D
X 2 ,. . Consists DX m, a vacuum evaporation method, printing method, it can be composed of a formed conductive metal or the like by sputtering or the like. The material, thickness, and width of the wiring are appropriately designed.
The Y-direction wiring 83 includes DY 1 , DY 2 . . It is composed of n wirings DY n and is formed in the same manner as the X-direction 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).
【００７３】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。The interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. For example, a desired shape is formed on the entire surface or a part of the electron source substrate 81 on which the X-direction wirings 82 are formed.
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. X
The direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are led out as external terminals.
【００７４】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 m X-directional wirings 82 and n Y-directional wirings 83 by a connection 85 made of a conductive metal or the like. I have.
【００７５】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 material forming the pair of element electrodes may have the same or some of the same constituent elements. Each may be different. These materials are appropriately selected, for example, from 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.
【００７６】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。The X-direction wiring 82 is connected to 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. 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 driving voltage applied to each electron-emitting device is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the device.
【００７７】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。In the above configuration, individual elements can be selected and driven independently using simple matrix wiring.
【００７８】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、画像形成装置の表示パネルの一例を示
す模式図であり、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。外囲器９７は、例えば大
気中、真空中あるいは、窒素中で、４００〜５００度の
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。An image forming apparatus configured using such a simple matrix arrangement of electron sources 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. 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; This is a face plate in which a fluorescent film 94 and a metal back 95 are formed on the inner surface of a glass substrate 93. 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, for example, by baking in a temperature range of 400 to 500 degrees Celsius for 10 minutes or more in the air, vacuum, or nitrogen.
【００７９】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。一方、
フェースプレート９６、リアプレート９１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９７を構成する
こともできる。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, when the electron source base 81 itself has sufficient strength, the separate rear plate 91 can be unnecessary. 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. on the other hand,
By installing a support (not shown) called a spacer between the face plate 96 and the rear plate 91,
The envelope 97 having sufficient strength with respect to the atmospheric pressure can be configured.
【００８０】本実施の形態の画像形成装置は、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としても用いること
ができる。The image forming apparatus according to the present embodiment is a display apparatus for a television broadcast, a display apparatus such as a video conference system or a computer, and an image forming apparatus as an optical printer using a photosensitive drum or the like. Can also be used.
【００８１】[0081]
【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。EXAMPLES Hereinafter, specific examples of the present embodiment will be described in detail.
【００８２】＜実施例１＞図１に本実施例の電子放出素
子の製造方法を、図２−ａには作製した電子放出素子の
平面図、及び図２−ｂには断面図を示した。以下に、本
実施例の電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。<Embodiment 1> FIG. 1 shows a method of manufacturing an electron-emitting device of this embodiment, FIG. 2A shows a plan view of the manufactured electron-emitting device, and FIG. . Hereinafter, the manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment will be described in detail.
【００８３】（工程１）基板１に石英基板を用い、十分
洗浄を行った後、陰極電極３として厚さ５ｎｍのＴｉ及
び厚さ５０ｎｍのＰｔ、エッチングストップ層７として
厚さ１０ｎｍのＴｉ及び、触媒材料層６として厚さ２０
ｎｍのＰｄを、スパッタ法により連続的に蒸着を行なっ
た（図１−ａ）。(Step 1) A quartz substrate was used as the substrate 1 and after sufficient cleaning, 5 nm thick Ti and 50 nm thick Pt as the cathode electrode 3, 10 nm thick Ti as the etching stop layer 7, and The catalyst material layer 6 has a thickness of 20
nm of Pd was continuously deposited by a sputtering method (FIG. 1A).
【００８４】（工程２）次に、工程１の積層体全体に、
シリカの球状微粒子（直径２００ｎｍ）を５ｗｔ％含む
水溶液をスピンコートにより分散し、１２０℃で２０分
乾燥して、マスク材料５として、直径２００ｎｍの径球
状微粒子を各粒子が接するように並べた（図１−ｂ）。(Step 2) Next, the entire laminate of Step 1 is
An aqueous solution containing 5% by weight of silica fine particles (diameter: 200 nm) was dispersed by spin coating, and dried at 120 ° C. for 20 minutes. As a mask material 5, spherical fine particles having a diameter of 200 nm were arranged so that the respective particles were in contact with each other ( FIG. 1-b).
【００８５】（工程３）次に、マスク材料５の上から積
層体を、Ａｒガスによる、イオンビームエッチングによ
りドライエッチングした。マスク材料５は真球状である
ために端部から削られていき、エッチングの進行と共に
マスク材料５の直径が減少していく。エッチングストッ
プ層７上の触媒材料層６がマスク材料５の形状変化に伴
い、独立した塊状にエッチングされていく。マスク材料
５が完全に消失するまでエッチングを進行させ、触媒材
料からなる塊６の直径がおよそ２０ｎｍ程となった所で
エッチングを終了した。エッチングストップ層７はほと
んどエッチングされないため、エッチングストップ層７
上に、厚さ及び幅が２０ｎｍ程の触媒塊６が均等な間隔
に形成された。ある触媒塊６の中心から、隣の触媒塊６
の中心までの距離は２００ｎｍであった（図１−ｃ）。(Step 3) Next, the laminate was dry-etched from above the mask material 5 by ion beam etching using Ar gas. Since the mask material 5 has a true spherical shape, it is scraped off from the end, and the diameter of the mask material 5 decreases as the etching progresses. The catalyst material layer 6 on the etching stop layer 7 is etched in an independent lump as the shape of the mask material 5 changes. The etching was allowed to proceed until the mask material 5 completely disappeared, and the etching was terminated when the diameter of the block 6 made of the catalyst material became about 20 nm. Since the etching stop layer 7 is hardly etched, the etching stop layer 7
Above, catalyst masses 6 having a thickness and a width of about 20 nm were formed at equal intervals. From the center of a certain catalyst mass 6, the next catalyst mass 6
Was 200 nm (FIG. 1-c).
【００８６】（工程４）次に、フォトリソグラフィーに
より、ネガ型フォトレジスト（ＲＤ２０００／東京応化
製）を用いて積層体上にレジストパターンを形成し、そ
の上からスパッタ法により、絶縁層４として厚さ１μｍ
のＳｉＯ2、引出し電極２として厚さ３０ｎｍのＴａを
蒸着し、リフトオフにより直径２μｍの孔を形成した
（図１−ｄ）。(Step 4) Next, a resist pattern is formed on the laminate using a negative type photoresist (RD2000 / manufactured by Tokyo Ohka) by photolithography, and a thick film is formed thereon as an insulating layer 4 by sputtering. 1 μm
SiO 2 of deposited Ta having a thickness of 30nm as the extraction electrode 2 to form a hole having a diameter of 2μm by lift-off (Fig. 1-d).
【００８７】（工程５）続いて、窒素希釈した０．１％
エチレン気流中で５００℃、１０分間加熱処理をして、
孔内の触媒塊６が露出している領域に直径２０ｎｍ〜３
０ｎｍ程度で、屈曲しながら繊維状に伸びたカーボンフ
ァイバー８を形成した。このときカーボンファイバー８
の厚さは約５００ｎｍとなっていた（図１−ｅ）。(Step 5) Subsequently, 0.1% diluted with nitrogen
Heating at 500 ° C for 10 minutes in an ethylene stream,
In the area where the catalyst mass 6 in the hole is exposed, the diameter is 20 nm to 3 nm.
A carbon fiber 8 having a length of about 0 nm and extending in a fiber shape while bending was formed. At this time, carbon fiber 8
Had a thickness of about 500 nm (FIG. 1-e).
【００８８】本素子を図７の真空装置７０中で、真空排
気装置７１によって２×１０-6Ｐａに到達するまで十分
に排気し、図７に示したように素子からＨ＝２ｍｍ離れ
た位置に陽極７３として蛍光体７２を設置した。陽極
（アノード）電圧としてＶａ＝８ｋＶを印加し、この状
態で陰極から電子放出が起こっていない事を確認し、引
き出し電極に駆動電圧Ｖｆとしてパルス電圧を印加して
いくと、Ｖｆ＝１０Ｖ程のところから陽極−陰極間電流
Ｉｅが観測され始めた。Ｖｆ＝２０Ｖのときに蛍光体の
発光を観測すると、発光領域内の輝度分布が少なく、長
時間安定した発光が確認できた。The device was sufficiently evacuated in the vacuum device 70 of FIG. 7 by the vacuum exhaust device 71 until the pressure reached 2 × 10 −6 Pa, and a position H = 2 mm away from the device as shown in FIG. Then, a phosphor 72 was provided as an anode 73. Va = 8 kV was applied as an anode (anode) voltage. In this state, it was confirmed that electron emission did not occur from the cathode. When a pulse voltage was applied as a drive voltage Vf to the extraction electrode, about Vf = 10 V was obtained. Then, the anode-cathode current Ie began to be observed. When the light emission of the phosphor was observed at Vf = 20 V, the luminance distribution in the light emission region was small, and stable light emission was confirmed for a long time.
【００８９】＜実施例２＞工程１においてＮｉの触媒材
料層６を形成し、工程３を以下のようにした以外は、実
施例１と同様にして電子放出素子を作製した。<Example 2> An electron-emitting device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the Ni catalyst material layer 6 was formed in Step 1 and Step 3 was performed as follows.
【００９０】（工程３）マスク材料５の上から積層体
を、ＦｅＣｌ3水溶液にてウェットエッチングした。エ
ッチングの進行とともに、マスク材料５はエッチング前
の真球状を保ち、マスク材料５の下の触媒材料層６が独
立した塊状にオーバーエッチングされていく。触媒材料
からなる塊６の直径がおよそ２０ｎｍ程となったところ
でエッチングを終了した。続いて、バッファーフッ酸を
用いてマスク材料５を選択的に取り除くと、実施例１と
同様に触媒塊６が均一に形成された。(Step 3) The laminate was wet-etched from above the mask material 5 with an aqueous solution of FeCl 3 . As the etching progresses, the mask material 5 maintains a true spherical shape before the etching, and the catalyst material layer 6 below the mask material 5 is over-etched in an independent lump. The etching was terminated when the diameter of the lump 6 made of the catalyst material was about 20 nm. Subsequently, when the mask material 5 was selectively removed using buffered hydrofluoric acid, the catalyst mass 6 was formed uniformly as in Example 1.
【００９１】以上のようにして作製した電子放出素子
を、図７のような構成で、Ｖｆ＝２０Ｖにて駆動する
と、実施例１のように安定したＩｅが得られた。When the electron-emitting device manufactured as described above was driven at Vf = 20 V in the configuration as shown in FIG. 7, stable Ie was obtained as in Example 1.
【００９２】＜実施例３＞実施例３として、絶縁基板上
に間隙を隔てて素子陰極電極と引き出し電極を形成し
た、横型構造の電子放出素子の例を示した。以下、図３
にそって本実施例の電子放出素子の製造方法を説明す
る。<Embodiment 3> As Embodiment 3, an example of an electron-emitting device having a horizontal structure in which a device cathode electrode and a lead electrode are formed on an insulating substrate with a gap therebetween. Hereinafter, FIG.
The method of manufacturing the electron-emitting device according to the present embodiment will now be described.
【００９３】（工程１）石英基板１上に、レジストパタ
ーン９を形成し、陰極電極３として厚さ５ｎｍのＴｉ及
び、厚さ５０ｎｍのＰｔ、エッチングストップ層７とし
て厚さ２０ｎｍのＴｉ、及び触媒材料層６として厚さ２
０ｎｍのＰｄを、スパッタ法により連続的に蒸着を行な
った。(Step 1) A resist pattern 9 is formed on the quartz substrate 1, and a 5 nm-thick Ti and a 50 nm-thick Pt as the cathode electrode 3, a 20 nm-thick Ti as the etching stop layer 7, and a catalyst Thickness 2 as material layer 6
0 nm of Pd was continuously deposited by a sputtering method.
【００９４】続いて、実施例１の工程２と同様な方法
で、マスク材料５として、シリカの球状微粒子（直径２
００ｎｍ）を各粒子が接するように並べた（図３−
ａ）。Subsequently, in the same manner as in Step 2 of Example 1, spherical fine particles of silica (diameter 2
00 nm) were arranged so that each particle was in contact (Fig. 3-
a).
【００９５】（工程２）次に、実施例１の工程３と同様
な方法で、シリカの微粒子をマスクとしてエッチングを
行い、陰極電極３上に触媒塊６を形成した（図３−
ｂ）。(Step 2) Next, in the same manner as in Step 3 of Example 1, etching was performed using silica fine particles as a mask to form a catalyst mass 6 on the cathode electrode 3 (FIG. 3).
b).
【００９６】（工程３）次に、初期のレジストパターン
９を剥離した後、フォトリソグラフィー及びスパッタ法
により、引き出し電極２として、厚さ５ｎｍのＴｉ及び
厚さ５０ｎｍのＰｔを形成した。尚、間隙距離（素子陰
極電極３と引き出し電極２の間の距離）は４μｍとした
（図３−ｃ）。(Step 3) Next, after the initial resist pattern 9 was peeled off, 5 nm thick Ti and 50 nm thick Pt were formed as the extraction electrode 2 by photolithography and sputtering. The gap distance (the distance between the element cathode electrode 3 and the extraction electrode 2) was 4 μm (FIG. 3C).
【００９７】（工程４）続いて、実施例１の工程５と同
様な方法で、カーボンファイバー８を形成した（図３−
ｄ）。(Step 4) Subsequently, a carbon fiber 8 was formed in the same manner as in Step 5 of Example 1 (FIG. 3).
d).
【００９８】以上のようにして作製した電子放出素子
を、図７のような構成で、Ｖｆ＝３０Ｖにて駆動すると
安定したＩｅが得られた。When the electron-emitting device manufactured as described above was driven at Vf = 30 V with the configuration shown in FIG. 7, stable Ie was obtained.
【００９９】＜実施例４＞本発明を適用可能な電子放出
素子を複数配して得られる画像形成装置について、図
８、９、１０を用いて説明する。<Embodiment 4> An image forming apparatus obtained by disposing a plurality of electron-emitting devices to which the present invention can be applied will be described with reference to FIGS.
【０１００】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は実施例１
または２の電子放出素子が複数個集合した電子源、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 Example 1
Or an electron source in which a plurality of two electron-emitting devices are assembled;
Is a connection.
【０１０１】図８においてｍ本のＸ方向配線８２はＤＸ
1，ＤＸ2，．．ＤＸm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。Ｙ方向配線８３は厚さ０．５μｍ、幅１００μ
ｍ，ＤＹ1，ＤＹ2．．ＤＹn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。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）。In FIG. 8, the m X-direction wirings 82 are DX
1 , DX 2 ,. . It consists DX m, a thickness of about 1μm formed by vapor deposition method, and a aluminum-based wiring material having a width 300 [mu] m. The material, thickness, and width of the wiring are appropriately designed. The Y-direction wiring 83 has a thickness of 0.5 μm and a width of 100 μm.
m, DY 1 , DY 2 . . It consists of n wirings of DYn, and X
It is formed similarly to the 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).
【０１０２】不図示の層間絶縁層は，スパッタ法等を用
いて厚さ約１μｍのＳｉＯ2で構成された。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８
３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た。Ｘ方向配線
８２とＹ方向配線８３は，それぞれ外部端子として引き
出されている。The interlayer insulating layer (not shown) was formed of SiO 2 with a thickness of about 1 μm by using a sputtering method or the like. The X-directional wiring 82 and the Y-directional wiring 8 are formed in a desired shape on the entire surface or a part of the electron source base 81 on which the X-directional wiring 82 is formed.
In this embodiment, 1 is set so as to withstand the potential difference at the intersection of No. 3.
The thickness of the interlayer insulating layer was determined so that the element capacitance per element was 1 pF or less and the element withstand voltage was 30 V. The X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are led out as external terminals.
【０１０３】本発明の放出素子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 emission element 84 of the present invention are electrically connected to m X-directional wirings 82 and n Y-directional wirings 83 by a connection 85 made of a conductive metal or the like. Have been.
【０１０４】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した本
発明の電子放出素子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方向に配列した本発明の電
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に印加される駆動電圧は、当該素子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。The X-direction wiring 82 is connected to a scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 84 of the present invention arranged in the X-direction. On the other hand, the Y-direction wiring 83 is connected to a modulation signal generator (not shown) for modulating each column of the electron-emitting devices 84 of the present invention arranged in the Y-direction according to an input signal. The drive 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 device 84.
In this embodiment, the Y-direction wiring 83 is connected to a high potential and the X-direction wiring 82 is connected to a low potential.
【０１０５】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。In the above configuration, individual elements can be selected and driven independently using simple matrix wiring.
【０１０６】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。本実施例では、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について
説明する。An image forming apparatus configured using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. In this embodiment, a display panel of an image forming apparatus using soda lime glass as a glass substrate material will be described.
【０１０７】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度の温度範囲で１０分焼成することで、封着
して構成される。In FIG. 9, reference numeral 81 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged; 91, a rear plate on which the electron source substrate 81 is fixed; 96, a fluorescent film 94 on the inner surface of a glass substrate 93;
And a face plate on which a metal back 95 and the like are formed. Reference numeral 92 denotes a support frame, and a rear plate 91 and a face plate 96 are connected to the support frame 92 using frit glass or the like. Reference numeral 97 denotes an envelope which is fired in a vacuum at a temperature range of 450 ° C. for 10 minutes to be sealed.
【０１０８】８４は、図９における電子放出部に相当す
る。８２、８３は、本発明の電子放出素子の一対の素子
電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。Reference numeral 84 corresponds to the electron-emitting portion 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 of the present invention.
【０１０９】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、リアプレート９１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９８
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 98 having sufficient strength against atmospheric pressure is provided.
Was configured.
【０１１０】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Ａｌを真空蒸着
等を用いて堆積させることで作られた。The metal back 95 is formed after the fluorescent film 94 is formed.
The inner surface of the fluorescent film 94 was smoothed (usually called “filming”), and then Al was deposited by vacuum evaporation or the like.
【０１１１】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電
極（不図示）を設けた。The face plate 96 is further provided with a fluorescent film 9.
A transparent electrode (not shown) was provided on the outer surface side of the fluorescent film 94 in order to increase the conductivity of No. 4.
【０１１２】図１０は、画像形成パネルの回路例を示す
図である。図１０において、１０１は表示パネル、１０
２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジ
スタ、１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回
路、１０７は変調信号発生器である。FIG. 10 is a diagram showing a circuit example of the image forming panel. In FIG. 10, 101 is a display panel, 10
2 is a scanning circuit, 103 is a control circuit, 104 is a shift register, 105 is a line memory, 106 is a synchronization signal separation circuit, and 107 is a modulation signal generator.
【０１１３】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Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍと電気
的に接続される。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。Next, the scanning circuit 102 will be described. This circuit includes M switching elements inside (in the figure, 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),
It is electrically connected to terminals Dox1 to Doxm of the display panel 101. 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, for example.
【０１１４】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には本発明
の電子電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に
基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電
子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力す
るよう設定されている。In the case of the present embodiment, the DC voltage source Vx uses a drive voltage applied to an element that is not scanned based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the electron electron emission element of the present invention. It is set to output a constant voltage that is equal to or lower than the value voltage.
【０１１５】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およびＴｓｆｔおよ
びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。The control circuit 103 has a function of matching the operation of each unit so that appropriate display is performed based on an image signal input from the outside. The control circuit 103 generates control signals Tscan, Tsft, and Tmry for each unit based on the synchronization signal Tsync sent from the synchronization signal separation circuit 106.
【０１１６】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。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。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力さ
れる。The synchronizing signal separation 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 uses a general frequency separation (filter) circuit or the like. Can be configured. The synchronizing signal separated by the synchronizing signal separating circuit 106 includes a vertical synchronizing signal and a horizontal synchronizing signal, but is shown here as a Tsync signal for convenience of explanation. The luminance signal component of the image separated from the television signal is referred to as a DATA signal for convenience. The DATA signal is input to the shift register 104.
【０１１７】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記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、前記制
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。）。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前記シフ
トレジスタ１０４より出力される。The shift register 104 is for serially / parallel converting the DATA signal input serially in time series for each line of an image, and is based on a control signal Tsft sent from the control circuit 103. (Ie, the control signal Tsft can be said to be a shift clock of the shift register 104). The data for one line of the image subjected to the serial / parallel conversion (corresponding to drive data for N electron-emitting devices) is output from the shift register 104 as N parallel signals Id1 to Idn.
【０１１８】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１１３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。The line memory 105 is a storage device for storing data for one line of an image for a necessary time only, and stores the contents of Id1 to Idn as appropriate according to a control signal Tmry sent from the control circuit 113. The stored contents are output as I'd1 to I'dn and input to the modulation signal generator 107.
【０１１９】変調信号発生器１０７は、画像データＩ’
ｄ１乃至Ｉ’ｄｎの各々に応じて本発明の電子電子放出
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内の本発明の電子電子放出素子に印加され
る。The modulation signal generator 107 outputs the image data I '
d1 to I'dn are signal sources for appropriately driving and modulating each of the electron-emitting devices of the present invention in accordance with each of the signals d1 to I'dn, and their output signals are supplied to the display panel 101 through the terminals Doy1 to Doyn. Applied to the electron-emitting device.
【０１２０】前述したように、本発明を適用可能な電子
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。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、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。その際、パルスの波高値Ｖ
ｍ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。As described above, the electron-emitting device to which the present invention can be applied has the following basic characteristics with respect to the emission current Ie. That is, a clear threshold voltage Vth is required for electron emission.
And electron emission occurs only when a voltage higher than Vth is applied. For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold, the emission current also changes according to the change in the voltage applied to the device. From this, when applying a pulsed voltage to this element,
For example, when a voltage lower than the electron emission threshold is applied, electron emission does not occur, but when a voltage higher than the electron emission threshold is applied, an electron beam is output. At this time, the pulse peak value V
By changing m, the intensity of the output electron beam can be controlled. In addition, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam by changing the pulse width Pw.
【０１２１】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波
高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いること
ができる。Therefore, as a method of modulating the electron-emitting device according to the input signal, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be adopted. When implementing the voltage modulation method, a circuit of a voltage modulation method that generates a voltage pulse of a fixed length and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data is used as the modulation signal generator 107. be able to.
【０１２２】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。When implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 107, a pulse width modulation type circuit that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data can be used.
【０１２３】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式を用いた。The shift register 104 and the line memory 10
5 used a digital signal type.
【０１２４】本実施例では、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。In this embodiment, for example, a D / A conversion circuit is used as the modulation signal generator 107, and an amplification circuit and the like are added as necessary. In the case of the pulse width modulation method, the modulation signal generator 107 includes, for example, a high-speed oscillator, a counter for counting the number of waves output from the oscillator, and a comparator for comparing the output value of the counter with the output value of the memory. (Comparator) was used.
【０１２５】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついては、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこれに限
られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式など他、
これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、
ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用
できる。The configuration of the image forming apparatus described here is an example of an image forming apparatus to which the present invention can be applied, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. As for the input signal, the NTSC system has been described, but the input signal is not limited to this, and PAL, SECAM system, etc.
A TV signal composed of a large number of scanning lines (for example,
A high-quality TV) system such as the MUSE system can also be adopted.
【０１２６】[0126]
【発明の効果】以上説明した様に、本発明による電子放
出素子を用いると、放出電流密度が高く、長寿命な電子
源が実現できる。As described above, when the electron-emitting device according to the present invention is used, an electron source having a high emission current density and a long life can be realized.
【０１２７】また、画像形成装置においては、前記電子
源より構成され、入力信号に基づいて画像を形成するた
め、より高精細な画像形成装置例えば、カラーフラット
テレビが、実現できる。In the image forming apparatus, which is constituted by the electron source and forms an image based on an input signal, a higher definition image forming apparatus such as a color flat television can be realized.
【図１】本発明による電子放出素子の製造方法の一例を
示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention.
【図２】本発明による電子放出素子の一例を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing an example of an electron-emitting device according to the present invention.
【図３】本発明による電子放出素子の製造方法の他の例
を示す図である。FIG. 3 is a view showing another example of the method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention.
【図４】本発明によるエッチング工程の一例を示す図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing an example of an etching step according to the present invention.
【図５】カーボンナノチューブの構造を示す概要図であ
る。FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of a carbon nanotube.
【図６】グラファイトナノファイバーの構造を示す概要
図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of a graphite nanofiber.
【図７】本発明による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. 7 is a diagram showing a configuration example when operating an electron-emitting device according to the present invention.
【図８】本発明による電子放出素子を複数用いた単純マ
トリクス回路の構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a simple matrix circuit using a plurality of electron-emitting devices according to the present invention.
【図９】本発明による電子源を用いた画像形成パネルの
構成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of an image forming panel using an electron source according to the present invention.
【図１０】本発明による電子源を用いた画像形成パネル
の回路例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a circuit example of an image forming panel using an electron source according to the present invention.
【図１１】電子放出素子の従来例を示す図である。FIG. 11 is a view showing a conventional example of an electron-emitting device.
【図１２】電子放出素子の従来例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a conventional example of an electron-emitting device.
【図１３】電子放出素子の従来例を示す図である。FIG. 13 is a view showing a conventional example of an electron-emitting device.
１ 基板 ２ 引き出し電極（ゲート電極） ３ 陰極電極（カソード電極） ４ 絶縁層 ５ マスク材料 ６ 触媒材料層（触媒塊） ７ エッチングストップ層 ８ カーボンファイバー ９ レジストパターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Leader electrode (gate electrode) 3 Cathode electrode (cathode electrode) 4 Insulating layer 5 Mask material 6 Catalyst material layer (catalyst lump) 7 Etching stop layer 8 Carbon fiber 9 Resist pattern
Claims (20)
に配置され、該第一電極に対して高い電位を印加する第
二電極と、前記第一電極上に複数の突起と、を有する電
子放出素子であって、前記第一電極上に形成された複数
の突起の各々が、前記第１電極上に互いに間隔を置いて
配置された複数の塊の各々を核として成長したものであ
る事を特徴とする電子放出素子。1. A first electrode on a substrate, a second electrode disposed near the first electrode and applying a high potential to the first electrode, and a plurality of protrusions on the first electrode. Wherein each of the plurality of protrusions formed on the first electrode grows with each of the plurality of blocks arranged at intervals on the first electrode as nuclei. An electron-emitting device, comprising:
スペクト比の高い突起物である事を特徴とする請求項１
に記載の電子放出素子。2. The projection according to claim 1, wherein the projection is a projection having a high aspect ratio and containing carbon as a main component.
3. The electron-emitting device according to item 1.
イバー、カーボンナノチューブ、グラファイトファイバ
ー、アモルファスカーボンファイバー、ダイヤモンドラ
イクカーボン、ダイヤモンド、ダイアモンドファイバー
から選択されたものである事を特徴とする請求項１また
は２に記載の電子放出素子。3. The method according to claim 1, wherein the protrusion is at least one selected from carbon fiber, carbon nanotube, graphite fiber, amorphous carbon fiber, diamond-like carbon, diamond, and diamond fiber. An electron-emitting device according to claim 1.
促進する触媒機能を有する導電性材料である事を特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載の電子放出素子。4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the mass is a conductive material having a catalytic function for promoting the growth of carbon fibers.
する請求項４に記載の電子放出素子。5. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the conductive material is a metal.
ｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔから選択された材料を主成分とす
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
電子放出素子。6. The mass is made of carbon, Fe, Ni, C
6. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a material selected from the group consisting of o, Rh, Pd, and Pt is used as a main component.
子源であって、該電子放出素子が請求項１乃至６のいず
れかに記載の電子放出素子であることを特徴とする電子
源。7. An electron source formed by connecting a plurality of electron-emitting devices, wherein the electron-emitting device is the electron-emitting device according to claim 1. .
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
とを備えることを特徴とする画像形成装置。8. An image forming apparatus, comprising: the electron source according to claim 7; and an image forming member that forms an image by using electrons emitted from the electron source.
置されたカーボンを主成分とする複数の突起と、を有す
る電子放出素子の製造方法であって、第一及び、第二電
極を形成する工程と、前記第一電極上に、カーボンの成
長を促進せしめる材料を含む膜を形成する工程と、前記
膜を複数の領域に分割する工程と、前記分割された領域
から、カーボンを主成分とする突起を成長させる工程
と、を有する事を特徴とする電子放出素子の製造方法。9. A method for manufacturing an electron-emitting device comprising: first and second electrodes; and a plurality of protrusions mainly composed of carbon disposed on the first electrode. A step of forming two electrodes, a step of forming a film containing a material that promotes the growth of carbon on the first electrode, and a step of dividing the film into a plurality of regions; from the divided regions, Growing a projection mainly composed of carbon. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising:
が、前記膜上に複数の粒子を並べ、該粒子をマスクとし
て前記膜をエッチングする工程を含むことを特徴とする
請求項９に記載の電子放出素子の製造方法。10. The method according to claim 9, wherein dividing the film into a plurality of regions includes arranging a plurality of particles on the film and etching the film using the particles as a mask. The manufacturing method of the electron-emitting device of the above.
されることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出素
子の製造方法。11. The method according to claim 10, wherein the particles are arranged so as to be in contact with each other.
を特徴とする請求項１０または１１に記載の電子放出素
子の製造方法。12. The method according to claim 10, wherein the particles are mainly composed of silica.
ッチングする工程が、前記粒子を同時にエッチングして
除去する工程である事を特徴とする請求項１０乃至１２
のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。13. The method according to claim 10, wherein the step of etching the film using the particles as a mask is a step of simultaneously etching and removing the particles.
The method for manufacturing an electron-emitting device according to any one of the above.
チングを抑制する層を配置する工程をさらに有する事を
特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載に電子放
出素子の製造方法。14. The method of manufacturing an electron-emitting device according to claim 9, further comprising a step of arranging a layer for suppressing etching between the film and the first electrode. Method.
成する工程が、炭素化合物ガスを原料として気相成長法
により形成する工程を含む事を特徴とする請求項９乃至
１４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。15. The method according to claim 9, wherein the step of forming the projection containing carbon as a main component includes the step of forming the projection using a carbon compound gas as a raw material by a vapor deposition method. The manufacturing method of the electron-emitting device of the above.
カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、グラファ
イトファイバー、アモルファスカーボンファイバー、ダ
イヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、ダイアモン
ドファイバーのいずれかからなることを特徴とする請求
項９乃至１５のいずれかに記載の電子放出素子の製造方
法。16. The projection mainly composed of carbon,
The method for manufacturing an electron-emitting device according to any one of claims 9 to 15, wherein the method comprises any one of carbon fiber, carbon nanotube, graphite fiber, amorphous carbon fiber, diamond-like carbon, diamond, and diamond fiber.
電性膜と電気的に接続するように配置されたカーボンを
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
の製造方法であって、基板上に導電性膜を形成する工程
と、該導電性膜上に炭素の成長を促進する材料を有する
層を形成する工程と、該炭素の成長を促進する材料を有
する層を所望の形状にパターニングする工程と、該パタ
ーニング工程により所望形状にパターニングされた前記
炭素の成長を促進する材料を有する層にカーボンを主成
分とするファイバーを形成する工程と、を有することを
特徴とする電子放出素子の製造方法。17. A method for manufacturing an electron-emitting device having a conductive film disposed on a substrate and a plurality of carbon-based fibers disposed so as to be electrically connected to the conductive film. A step of forming a conductive film on a substrate, a step of forming a layer having a material that promotes the growth of carbon on the conductive film, and a step of forming a layer having a material that promotes the growth of carbon. And forming a fiber containing carbon as a main component in a layer having a material that promotes the growth of the carbon patterned into a desired shape by the patterning step. A method for manufacturing an electron-emitting device.
電性膜と電気的に接続するように配置されたカーボンを
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
の製造方法であって、基板上に導電性膜を形成する工程
と、該導電性膜上に炭素の成長を促進する材料を有する
層を形成する工程と、該炭素の成長を促進する材料を有
する層上に粒子を複数配置する工程と、該粒子をマスク
として、該炭素の成長を促進する材料を有する層をエッ
チングすることにより、該炭素の成長を促進する材料を
有する層を所望の形状にパターニングする工程と、該所
望形状にパターニングされた前記炭素の成長を促進する
材料を有する層上にカーボンを主成分とするファイバー
を形成する工程と、を有することを特徴とする電子放出
素子の製造方法。18. A method for manufacturing an electron-emitting device having a conductive film disposed on a substrate and a plurality of carbon-based fibers disposed so as to be electrically connected to the conductive film. A step of forming a conductive film over the substrate; a step of forming a layer having a material that promotes carbon growth on the conductive film; and a step of forming a layer having a material that promotes carbon growth. A step of arranging a plurality of particles and a step of patterning the layer having the material for promoting carbon growth into a desired shape by etching the layer having the material for promoting carbon growth using the particles as a mask Forming a fiber containing carbon as a main component on a layer having a material that promotes the growth of the carbon patterned into the desired shape.
されることを特徴とする請求項１８に記載の電子放出素
子の製造方法。19. The method according to claim 18, wherein the plurality of particles are arranged in contact with each other.
電性膜と電気的に接続するように配置されたカーボンを
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
の製造方法であって、基板上に導電性膜を形成する工程
と、該導電性膜上に炭素の成長を促進する材料を有する
層を複数、互いに離間して形成する工程と、該複数の炭
素の成長を促進する材料を有する層の各々の上にカーボ
ンを主成分とするファイバーを形成する工程と、を有す
ることを特徴とする電子放出素子の製造方法。20. A method for manufacturing an electron-emitting device having a conductive film disposed on a substrate and a plurality of carbon-based fibers disposed so as to be electrically connected to the conductive film. A step of forming a conductive film on the substrate, a step of forming a plurality of layers having a material for promoting the growth of carbon on the conductive film, and forming the layers separated from each other; Forming a fiber containing carbon as a main component on each of the layers having a material for promoting the electron emission.
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