JP2002289087A - 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、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
るものであり、本発明における画像形成装置は、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としての画像形成装置等としても用
いることができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source, an image forming apparatus, and a method of manufacturing an electron-emitting device. In addition to a display device such as a system or a computer, the present invention can be used as an image forming device as an optical printer including a photosensitive drum or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属に対し１０6Ｖ／ｃｍ以上の強電界
をかけて金属表面から電子を放出させる電界放出型（Ｆ
Ｅ型）電子放出素子が冷電子源の一つとして注目されて
いる。2. Description of the Related Art A field emission type (F) in which a strong electric field of 10 6 V / cm or more is applied to a metal to emit electrons from the metal surface.
(E-type) electron-emitting devices have attracted attention as one of the cold electron sources.
【０００３】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．Ｓ
ｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄ
ｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．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。As an example of a vertical FE type, as shown in FIG. 13, an emitter 135 has a shape of a cone or a quadrangular pyramid in a substantially vertical direction from a substrate 131. A. S
pindt, "Physical Properties"
s of thin-film field emis
sion cathodes with mollybd
enum cones ", J. Appl. Phys.,
47, 5248 (1976) and the like (hereinafter, Spindt type) are known.
【０００４】カーボンナノチューブを用いた電子デバイ
スは特開平１１−１９４１３４号公報や特開平１１−１
３９８１５号公報に開示されている。[0004] Electronic devices using carbon nanotubes are disclosed in JP-A-11-194134 and JP-A-11-1194.
No. 39815 discloses this.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】カーボンナノチューブ
などのカーボンファイバーを電子放出部材など電子デバ
イスとして用いる際には、電極上にカーボンファイバー
を配置する必要がある。このように電極上にカーボンフ
ァイバーを形成した際に、カーボンファイバーと電極と
の接続を確実に、そして安定して確保する必要がある。
カーボンファイバーと電極との電気的な結合にばらつき
を生じた場合、例えば電子放出素子として用いる場合に
は、電子放出電流の変動や、駆動電圧のばらつきを生じ
る場合があった。When a carbon fiber such as a carbon nanotube is used as an electronic device such as an electron emitting member, it is necessary to arrange the carbon fiber on an electrode. When the carbon fiber is formed on the electrode as described above, it is necessary to surely and stably secure the connection between the carbon fiber and the electrode.
When variation occurs in the electrical coupling between the carbon fiber and the electrode, for example, when used as an electron-emitting device, variation in the electron emission current and variation in the driving voltage may occur.
【０００６】また、そのような電子放出素子を多数配列
形成した電子源や画像形成装置においては電子放出素子
間の特性のばらつきを生じ、その結果、形成する画像に
バラツキを生じる場合があった。Further, in an electron source or an image forming apparatus in which a large number of such electron-emitting devices are formed and arrayed, characteristics of the electron-emitting devices may vary, and as a result, the formed image may vary.
【０００７】さらには、基板表面と平行方向に、該基板
上に一対の電極を配置し、そして該電極間に電圧を印加
することで電子を放出する所謂横型の電子放出素子にお
いては、放出された電子ビームが広がる傾向が大きい。Further, in a so-called horizontal type electron-emitting device in which a pair of electrodes are arranged on the substrate in a direction parallel to the surface of the substrate and electrons are emitted by applying a voltage between the electrodes, the electrons are emitted. The spread of the electron beam is large.
【０００８】本発明は、上記のような課題を解決し、カ
ーボンファイバーと電極との接続が確実であり、電子放
出効率が向上し、更には放出電子の散乱が抑制されてビ
ーム形状の小さい電子放出素子、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を目的とす
る。The present invention solves the above-mentioned problems, ensures the connection between the carbon fiber and the electrode, improves the electron emission efficiency, and further suppresses the scattering of the emitted electrons to reduce the electron beam shape. An object of the present invention is to provide an emission device, an electron source, an image forming apparatus, and a method of manufacturing an electron emission device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明の電子放出素子は、以下の構成のもの
である。An electron-emitting device according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, has the following configuration.
【００１０】即ち、本発明の電子放出素子の第一は、電
極と、該電極上に配置されたカーボンの成長を促進する
材料と、該カーボンの成長を促進する材料上に配置され
たカーボンファイバーとを有する電子放出素子であっ
て、前記電極と、前記カーボンの成長を促進する材料と
の間に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択された少
なくとも１種の窒化物、あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎ
ｂの中から選択された少なくとも１種の酸化物、あるい
は前記窒化物と前記酸化物の混合物が配置されてなるこ
とを特徴とする。That is, the first aspect of the electron-emitting device of the present invention is an electrode, a material for promoting the growth of carbon disposed on the electrode, and a carbon fiber disposed on the material for promoting the growth of carbon. Wherein at least one kind of nitride selected from Ti, Zr, Ta, and Nb, or Ti, is provided between the electrode and the material that promotes the growth of carbon. Zr, Ta, N
b, at least one oxide selected from among b, or a mixture of the nitride and the oxide.
【００１１】本発明の電子放出素子の第一においては、
前記カーボンの成長を促進する材料は粒子状であること
が好ましい。In the first aspect of the electron-emitting device of the present invention,
The material for promoting the growth of carbon is preferably in the form of particles.
【００１２】また、前記カーボンの成長を促進する材料
は、Ｐｄ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏを含むことが好まし
い。Preferably, the material for promoting the growth of carbon contains Pd, Ni, Fe or Co.
【００１３】また、前記カーボンファイバーは、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、ダイアモンドファイバー、またはこれ
らのうち２種類以上の混合物であることが好ましい。The carbon fibers are preferably graphite nanofibers, carbon nanotubes, amorphous carbon, diamond fibers, or a mixture of two or more of these.
【００１４】本発明の電子放出素子の第二は、絶縁性の
基板上に設けた第１電極と、該第１電極と離間して、前
記基板上に設けた第２電極と、該第２電極上に配置され
たカーボンの成長を促進する材料と、該カーボンの成長
を促進する材料上に配置されたカーボンファイバーとを
有する電子放出素子であって、前記第２電極と、前記カ
ーボンの成長を促進する材料との間に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔ
ａ，Ｎｂの中から選択された少なくとも１種の窒化物、
あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択された少
なくとも１種の酸化物、あるいは前記窒化物と前記酸化
物の混合物が配置されてなることを特徴とする。The second aspect of the electron-emitting device according to the present invention comprises a first electrode provided on an insulating substrate, a second electrode provided on the substrate at a distance from the first electrode, and a second electrode provided on the substrate. An electron-emitting device comprising: a material that promotes the growth of carbon disposed on an electrode; and a carbon fiber that is disposed on the material that promotes the growth of carbon. Ti, Zr, T
a, at least one nitride selected from Nb;
Alternatively, at least one oxide selected from Ti, Zr, Ta, and Nb, or a mixture of the nitride and the oxide is disposed.
【００１５】本発明の電子放出素子の第二においては、
前記カーボンの成長を促進する材料は粒子状であること
が好ましい。In a second aspect of the electron-emitting device of the present invention,
The material for promoting the growth of carbon is preferably in the form of particles.
【００１６】また、前記カーボンの成長を促進する材料
は、Ｐｄ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏを含むことが好まし
い。Further, it is preferable that the material for promoting the growth of carbon contains Pd, Ni, Fe or Co.
【００１７】また、前記カーボンファイバーは、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、ダイアモンドファイバー、またはこれ
らのうち２種類以上の混合物であることが好ましい。The carbon fibers are preferably graphite nanofibers, carbon nanotubes, amorphous carbon, diamond fibers, or a mixture of two or more of these.
【００１８】また、前記基板表面から前記第１電極の表
面までの距離よりも、前記基板表面から前記カーボンフ
ァイーバーの先端までの距離の方が長いことが好まし
い。It is preferable that the distance from the substrate surface to the tip of the carbon fiber is longer than the distance from the substrate surface to the surface of the first electrode.
【００１９】また、前記第２電極の厚みを前記第１電極
より厚くしたこと、または前記第２電極を設ける位置が
前記第１電極を設ける位置より高くなるように、前記基
板に段差を設けたことが好ましい。Further, a step is provided on the substrate so that the thickness of the second electrode is thicker than that of the first electrode, or the position where the second electrode is provided is higher than the position where the first electrode is provided. Is preferred.
【００２０】本発明の電子源の第一は、前記電子放出素
子を複数個並列に配置し結線してなる素子列を少なくと
も１列以上有してなることを特徴とする。The first aspect of the electron source of the present invention is characterized in that the electron source has at least one or more element rows formed by arranging and connecting a plurality of the electron-emitting elements in parallel.
【００２１】本発明の電子源の第二は、前記電子放出素
子を複数個配列してなる素子列を少なくとも１列以上有
し、該複数の電子放出素子を駆動するための配線がマト
リクス配置されていることを特徴とする。The second aspect of the electron source of the present invention is that the electron source has at least one element row in which a plurality of the electron-emitting elements are arranged, and wirings for driving the plurality of electron-emitting elements are arranged in a matrix. It is characterized by having.
【００２２】本発明の画像形成装置は、前記電子源と、
該電子源と対向して設けた画像形成部材とを有すること
を特徴とし、前記画像形成部材は蛍光体を有することが
好ましい。[0022] The image forming apparatus of the present invention comprises:
An image forming member is provided to face the electron source, and the image forming member preferably has a phosphor.
【００２３】本発明の電子放出素子の製造方法は、電極
と、該電極上に配置されたカーボンの成長を促進する材
料と、該カーボンの成長を促進する材料上に配置された
カーボン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、表面にＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択
された少なくとも１種の窒化物、あるいはＴｉ，Ｚｒ，
Ｔａ，Ｎｂの中から選択された少なくとも１種の酸化
物、あるいは前記窒化物と前記酸化物の混合物を有する
電極を配置する工程と、前記電極上にカーボンの成長を
促進する材料を形成する工程と、前記カーボンの成長を
促進する材料上にカーボン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。According to the method for manufacturing an electron-emitting device of the present invention, an electrode, a material for promoting the growth of carbon disposed on the electrode, and a carbon fiber disposed on the material for promoting the growth of carbon are provided. A method of manufacturing an electron-emitting device having at least one nitride selected from Ti, Zr, Ta, and Nb, or Ti, Zr,
Arranging an electrode having at least one oxide selected from Ta and Nb, or a mixture of the nitride and the oxide, and forming a material for promoting carbon growth on the electrode; And forming carbon fibers on the material that promotes the growth of carbon.
【００２４】上記した本発明の電子放出素子の構成によ
れば、カーボンファイバーと電極との接続をより確実に
することができる。また、カーボンファイバーから放出
した電子は、引き出し電極（ゲート電極）に衝突するこ
とを抑制することができる。その結果、電子放出効率を
向上することができる。またゲート電極での放出電子の
散乱が抑制されるためアノード上で得られるビーム形状
を小さくすることができる。According to the above-described structure of the electron-emitting device of the present invention, the connection between the carbon fiber and the electrode can be further ensured. In addition, it is possible to suppress the electrons emitted from the carbon fiber from colliding with the extraction electrode (gate electrode). As a result, the electron emission efficiency can be improved. Further, since the scattering of emitted electrons at the gate electrode is suppressed, the beam shape obtained on the anode can be reduced.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
実施の形態の一例を説明する。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
対位置などは、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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative positions, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto unless otherwise specified. Absent.
【００２６】本発明においては、電極上にカーボンの成
長を促進する材料（触媒）からなる微小な核を配置し、
この核から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）を成長させるものであるが、特に、前記
電極と、前記カーボンの成長を促進する材料との間に、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択された少なくとも
１種の窒化物、あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中か
ら選択された少なくとも１種の酸化物、あるいは前記窒
化物と前記酸化物の混合物を配置することに、その特徴
を有する。In the present invention, a minute nucleus made of a material (catalyst) for promoting carbon growth is arranged on the electrode,
A carbon fiber (a fiber containing carbon as a main component) is grown from the nucleus. Particularly, between the electrode and a material that promotes the growth of the carbon,
At least one kind of nitride selected from Ti, Zr, Ta, Nb, or at least one kind of oxide selected from Ti, Zr, Ta, Nb, or a combination of the nitride and the oxide Disposing the mixture has that characteristic.
【００２７】Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択され
た少なくとも１種の窒化物、あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｔ
ａ，Ｎｂの中から選択された少なくとも１種の酸化物、
あるいは前記窒化物と前記酸化物の混合物は、電極の表
面に層状に配置されていてもよく、また、電極の表面に
上記材料が含有された形態であってもよい。At least one nitride selected from Ti, Zr, Ta and Nb, or Ti, Zr, T
a, at least one oxide selected from Nb;
Alternatively, the mixture of the nitride and the oxide may be arranged in a layer on the surface of the electrode, or may be in a form in which the material is contained on the surface of the electrode.
【００２８】Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択され
た少なくとも１種の窒化物、あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｔ
ａ，Ｎｂの中から選択された少なくとも１種の酸化物、
あるいは前記窒化物と前記酸化物の混合物は、導電性で
あることが好ましい。特に、電極の表面を覆う形態で配
置する場合には導電性でなくてはならない。At least one nitride selected from Ti, Zr, Ta and Nb, or Ti, Zr, T
a, at least one oxide selected from Nb;
Alternatively, the mixture of the nitride and the oxide is preferably conductive. In particular, when the electrodes are arranged so as to cover the surface of the electrodes, they must be conductive.
【００２９】本発明において、「カーボンファイバー」
あるいは「カーボンを主成分とするファイバー」とは、
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ファイバー、ダイアモンドファイ
バーを含む。また、本発明におけるカーボンファイバー
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」をも包含する。また、カーボ
ンファイバーを構成する材料としては、ＴｉＣ、Ｚｒ
Ｃ、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。In the present invention, "carbon fiber"
Alternatively, "a fiber mainly composed of carbon"
Graphite nanofiber, carbon nanotube,
Including amorphous carbon fiber and diamond fiber. Further, the carbon fiber in the present invention also includes “a columnar substance mainly composed of carbon” or “a linear substance mainly composed of carbon”. Further, as the material constituting the carbon fiber, TiC, Zr
It also includes carbides such as C, HfC, TaC, SiC, and WC, and carbon compounds such as amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon, and diamond.
【００３０】また、本発明において、「触媒」とは炭素
（カーボン）の成長（堆積）を促進する材料である。In the present invention, the “catalyst” is a material that promotes the growth (deposition) of carbon.
【００３１】例えば炭化水素ガスの熱分解により上記触
媒作用を有する核から成長したカーボンファイバーは、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，もしくはＮｂの窒化物あるいはＴ
ｉ，Ｚｒ，Ｔａ，もしくはＮｂの酸化物と非常に安定な
電気的接合を形成する。For example, carbon fibers grown from the nucleus having the above-mentioned catalytic action by thermal decomposition of hydrocarbon gas are:
Ti, Zr, Ta, or Nb nitride or T
A very stable electrical junction is formed with an oxide of i, Zr, Ta, or Nb.
【００３２】ここで炭化水素ガスとしては例えばアセチ
レン、エチレン、メタン、プロパン、プロピレンなどの
炭化水素ガス、あるいはエタノールやアセトンなどの有
機溶剤の蒸気を用いることもある。特に炭化水素ガスを
窒素あるいはＡｒ等の不活性ガスにて、希釈した混合ガ
スを成長ガスとして用いることにより、特別な防爆設備
を不要とした簡易な設備で製造することが可能である。Here, as the hydrocarbon gas, for example, a hydrocarbon gas such as acetylene, ethylene, methane, propane or propylene, or a vapor of an organic solvent such as ethanol or acetone may be used. In particular, by using a mixed gas obtained by diluting a hydrocarbon gas with an inert gas such as nitrogen or Ar as a growth gas, it is possible to manufacture the apparatus with simple equipment that does not require special explosion-proof equipment.
【００３３】次に、前記窒化物あるいは前記酸化物ある
いは前記窒化物と酸化物との混合物と触媒材料とのいく
つかの組み合わせについて述べる。Next, some combinations of the nitride or the oxide or a mixture of the nitride and the oxide and a catalyst material will be described.
【００３４】特に、前記電極の表面が前述した窒化物で
あり、かつ触媒材料が金属状態の触媒（例えばＰｄを主
成分とする触媒）である場合は、触媒材料を酸化させる
プロセスを用いずとも、金属状態の触媒からカーボンフ
ァイバーを成長させることが可能である。このため、酸
化や加熱プロセスに弱い材料をデバイスの一部に使用す
ることが可能となり、製造プロセスに幅を持たせること
が可能となった。In particular, when the surface of the electrode is a nitride as described above and the catalyst material is a metal catalyst (for example, a catalyst containing Pd as a main component), a process for oxidizing the catalyst material is not required. It is possible to grow carbon fibers from a metal catalyst. For this reason, it is possible to use a material that is vulnerable to the oxidation or the heating process for a part of the device, and it is possible to provide a wider manufacturing process.
【００３５】前記電極の表面が窒化物であり、かつ触媒
材料が酸化物状態の触媒（例えば酸化パラジウムを主成
分とする触媒）である場合は、酸化物触媒に対し減圧下
での熱分解還元あるいは水素による還元を行った後で
は、安定に触媒を介してカーボンファイバーが成長する
ことが可能である。In the case where the surface of the electrode is a nitride and the catalyst material is a catalyst in an oxide state (for example, a catalyst containing palladium oxide as a main component), the oxide catalyst is thermally decomposed under reduced pressure. Alternatively, after reduction with hydrogen, carbon fibers can be stably grown via the catalyst.
【００３６】また、上述した材料（前記窒化物あるいは
前記酸化物あるいは前記窒化物と酸化物との混合物）を
用いたカーボンファイバーの形成は、積層構成において
も成り立つ。例えば、基板上にＣｒ膜（電極に相当す
る）を全面に形成し、さらにＣｒ膜の上にＴｉＮ（前記
窒化物あるいは前記酸化物あるいは前記窒化物と酸化物
との混合物に相当する）の微小領域を形成し、さらに、
基板全面に酸化パラジウム（前記触媒に相当する）を被
覆した基板を用いると、カーボンファイバーをＴｉＮを
配置した領域上だけに選択的に成長させることが出来、
しかも、Ｃｒとカーボンファイバーとの安定な電気的接
続を実現できる。The formation of carbon fibers using the above-described materials (the nitride or the oxide or the mixture of the nitride and the oxide) is also valid in a laminated structure. For example, a Cr film (corresponding to an electrode) is formed on the entire surface of the substrate, and a fine film of TiN (corresponding to the nitride or the oxide or a mixture of the nitride and the oxide) is formed on the Cr film. Form an area, and
When a substrate in which palladium oxide (corresponding to the catalyst) is coated on the entire surface of the substrate is used, carbon fibers can be selectively grown only on the region where TiN is arranged,
Moreover, stable electrical connection between Cr and the carbon fiber can be realized.
【００３７】以上述べた構成を適用した本発明の電子放
出素子の構成の一例について、更に好ましい実施態様を
挙げて詳述する。An example of the configuration of the electron-emitting device of the present invention to which the above-described configuration is applied will be described in detail with reference to more preferred embodiments.
【００３８】図１Ａは本発明による電子放出素子の一例
を示す模式図、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ間断面図であ
る。FIG. 1A is a schematic view showing an example of an electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A.
【００３９】図１において１は絶縁性の基板、２は引き
出し電極（ゲート電極）、３は陰極電極（カソード電
極）、４は陰極材料（エミッター材料）であり、具体的
には前述のカーボンファイバーの集合体である。５はカ
ーボンファイバーが成長する導電性材料（前記窒化物あ
るいは前記酸化物あるいは前記窒化物と酸化物との混合
物の層と前記触媒からなる）を示している。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an insulating substrate, 2 denotes an extraction electrode (gate electrode), 3 denotes a cathode electrode (cathode electrode), and 4 denotes a cathode material (emitter material). Is an aggregate of Reference numeral 5 denotes a conductive material (comprising a layer of the nitride or the oxide or a mixture of the nitride and the oxide and the catalyst) on which the carbon fiber grows.
【００４０】前記絶縁性の基板１としては、その表面を
十分に洗浄した、石英ガラス、などの絶縁性基板が挙げ
られる。Examples of the insulating substrate 1 include an insulating substrate such as quartz glass whose surface is sufficiently cleaned.
【００４１】前記引き出し電極２および陰極電極３は導
電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空
成膜技術、フォトリソグラフィー技術などにより形成さ
れる。電極の材料は、好ましくは炭素、金属、金属の窒
化物、金属の炭化物の耐熱性材料が望ましい。The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 have conductivity, and are formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method or a sputtering method, a photolithography technique, or the like. The electrode material is preferably a heat-resistant material such as carbon, metal, metal nitride, and metal carbide.
【００４２】この図１に示した電子放出素子は、例え
ば、図６に示すような真空雰囲気中で駆動される。図６
において、図１と同じ符号を用いている部材は同じ部材
を指し、６０は真空容器、６１は対向基板であり、６２
はアノード電極、６３はアノード電極６２と電子放出素
子間で形成される等電位面、６４は陰極材料４の中で最
も電界が集中すると想定される部位、６５は真空ポンプ
である。アノード電極６２は、電子放出素子から放出さ
れた電子を加速したり、収集するためのものである。ア
ノード電極６２上に蛍光体などの画像形成部材を配置す
ることにより、画像形成装置を構成することができる。The electron-emitting device shown in FIG. 1 is driven, for example, in a vacuum atmosphere as shown in FIG. FIG.
In FIG. 1, members using the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same members, 60 is a vacuum vessel, 61 is a counter substrate, and 62
Is an anode electrode, 63 is an equipotential surface formed between the anode electrode 62 and the electron-emitting device, 64 is a portion of the cathode material 4 where an electric field is assumed to be concentrated most, and 65 is a vacuum pump. The anode electrode 62 is for accelerating or collecting electrons emitted from the electron-emitting device. By arranging an image forming member such as a phosphor on the anode electrode 62, an image forming apparatus can be configured.
【００４３】引き出し電極２と陰極電極３の間隔は、カ
ーボンファイバー（陰極材料４）から電子が放出される
際の電界（横方向電界または引き出し電極２と陰極電極
３との間の電界）と、電子放出素子から放出された電子
がアノード電極６２に到達するのに必要な縦方向電界
（基板１とアノード電極６２との間の電界）とを比較し
た時に、電子放出電界が縦方向電界よりも１倍から５０
倍程度の値になるように、駆動電圧と間隔を決めればよ
い。The distance between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 depends on the electric field (lateral electric field or the electric field between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3) when electrons are emitted from the carbon fiber (cathode material 4). When comparing a vertical electric field (an electric field between the substrate 1 and the anode electrode 62) required for electrons emitted from the electron-emitting device to reach the anode electrode 62, the electron emission electric field is larger than the vertical electric field. 1 to 50
The drive voltage and the interval may be determined so as to be about twice as large.
【００４４】陽極（アノード電極６２）上に蛍光体を用
いる場合は、必要な縦方向電界は１０-1Ｖ／μｍから１
０Ｖ／μｍの範囲に限定される。例えば、陽極（アノー
ド電極６２）と陰極（引き出し電極２あるいは陰極電極
３）との間に１０ＫＶを２ｍｍの間隔で印加する場合、
この時の縦方向電界は５Ｖ／μｍとなる。この場合、用
いるべき陰極材料４の電子放出電界は５Ｖ／μｍよりも
大きな電子放出電界を持つ材料であり、選択した電子放
出電界に相当するように、その間隔と、駆動電圧を決め
ればよい。When a phosphor is used on the anode (anode electrode 62), the required vertical electric field is 10 -1 V / μm to 1
The range is limited to 0 V / μm. For example, when applying 10 KV between the anode (the anode electrode 62) and the cathode (the extraction electrode 2 or the cathode electrode 3) at an interval of 2 mm,
The vertical electric field at this time is 5 V / μm. In this case, the electron emission field of the cathode material 4 to be used is a material having an electron emission field larger than 5 V / μm, and the interval and the drive voltage may be determined so as to correspond to the selected electron emission field.
【００４５】カーボンファイバーの構造を図１１、１２
に模式的に示す。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. 11 and 12 show the structure of the carbon fiber.
Is shown schematically in FIG. 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.
【００４６】図１１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. 11, a graphene having a cylindrical shape (a multi-layered structure of a cylindrical shape is called a multi-wall nanotube) is called a carbon nanotube. In the case of a structured structure, the threshold value is the lowest.
【００４７】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１２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。Alternatively, FIG. 12 shows a carbon fiber produced at a relatively low temperature by using a catalyst similarly to 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).
【００４８】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。The carbon nanotubes and the graphite nanofibers differ depending on the type of catalyst and the decomposition temperature. In some cases, the same catalyst can be used to select both structures having different structures depending on the temperature. Not always.
【００４９】どちらのカーボンファイバーも電子放出の
閾値が低く、本発明の陰極材料４として好ましい。Both carbon fibers have a low electron emission threshold and are preferred as the cathode material 4 of the present invention.
【００５０】触媒材料としてはＰｄ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ
をカーボンファイバー形成用の触媒（核）として用いる
ことが出来る。As the catalyst material, Pd, Ni, Fe, Co
Can be used as a catalyst (core) for forming carbon fibers.
【００５１】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、Ｐ
ｄ、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。Particularly, in the case of Pd and Ni, a 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, P
Since the production of the graphite nanofiber material using d and Ni is possible at a low temperature, it is preferable from the viewpoint of the influence on other members and the production cost.
【００５２】特に１ｎｍ以下の超微粒子状態において、
他の触媒では大気に金属触媒をさらすと、大気中の水や
酸素と化学反応を生じ酸化物となってしまうが、金属Ｐ
ｄ触媒は他の触媒と異なり金属結合状態を保ち、安定で
ある。Particularly in the state of ultrafine particles of 1 nm or less,
With other catalysts, when a metal catalyst is exposed to the atmosphere, it chemically reacts with water and oxygen in the atmosphere to form oxides.
Unlike other catalysts, the d catalyst maintains a metal-bonded state and is stable.
【００５３】特に、Ｆｅ系の金属触媒粒子は大気にさら
すと、急激に化学反応を起こし、粉塵爆発の危険性があ
るが、金属Ｐｄ触媒ではこのような危険性がない。さら
にＰｄを主成分としてＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅなどを含んだ金
属触媒であっても酸化反応が遅く進行するため、安全に
触媒を取り扱うことが可能である。In particular, when Fe-based metal catalyst particles are exposed to the air, a chemical reaction occurs rapidly and there is a risk of dust explosion. However, a metal Pd catalyst does not have such a risk. Further, even with a metal catalyst containing Pd as a main component and containing Co, Ni, Fe, etc., the oxidation reaction proceeds slowly, so that the catalyst can be handled safely.
【００５４】一方、金属触媒Ｐｄは水素を容易に触媒内
に取り込む性質と関連して、特異な挙動がある。Ｐｄを
水素、有機ガス等の還元雰囲気にさらすと、水素を含ん
だ超微粒子が、比較的低温度（約４５０℃以上）で超微
粒子同士が結びついて、初期状態よりも大きな形状を持
つ微粒子となる。この現象により、Ｐｄ粒子が大きい形
状に変化すると、グラファイトナノファイバーの成長温
度が高くなるだけでなく、電子放出の閾値が高くなる等
の不都合があった。On the other hand, the metal catalyst Pd has a peculiar behavior in relation to the property of easily taking hydrogen into the catalyst. When Pd is exposed to a reducing atmosphere such as hydrogen or an organic gas, the ultrafine particles containing hydrogen are combined with each other at a relatively low temperature (about 450 ° C. or more) to form fine particles having a shape larger than the initial state. Become. When the Pd particles change to a large shape due to this phenomenon, not only the growth temperature of the graphite nanofiber increases but also the electron emission threshold increases.
【００５５】このような不都合を避ける方法として、成
長に必要な温度に達するまで、触媒に水素、あるいは炭
化水素に可能な限り暴露しない方法もあるが、より有効
な方法としてＰｄ中にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属を添加
することで、形状変化を防ぐことが可能なことを見出し
た。Ｐｄと添加する材料の原子比は添加材料が１０ａｔ
ｍ％程度から有効であり、５０ａｔｍ％を超えるとグラ
ファイトナノファイバーの成長が遅くなったり、積極的
な水素添加等による還元プロセスが必要となる。そのた
め、Ｐｄ中に添加する金属（特にはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）
の量は１０ａｔｍ％以上５０ａｔｍ％以下が好ましい
を。As a method for avoiding such inconvenience, there is a method in which the catalyst is not exposed to hydrogen or hydrocarbons as much as possible until the temperature required for growth is reached. It has been found that the shape change can be prevented by adding a metal such as Ni and Ni. The atomic ratio between Pd and the material to be added is 10 at.
It is effective from about m%, and if it exceeds 50 atm%, the growth of the graphite nanofiber becomes slow, or a reduction process by active hydrogenation or the like is required. Therefore, metals (particularly Fe, Co, Ni) added to Pd
Is preferably 10 atm% or more and 50 atm% or less.
【００５６】図１に示したように、電子放出の如何に係
わらず、カーボンファイバー（陰極材料４）が形成され
た領域を以後エミッター領域と呼ぶ。As shown in FIG. 1, the region where the carbon fiber (cathode material 4) is formed is hereinafter referred to as the emitter region regardless of the electron emission.
【００５７】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、７を用いて説明する。The position of the electron emission point in the emitter region and its operation will be described with reference to FIGS.
【００５８】数μｍの引き出し電極２、陰極電極３間ギ
ャップを持つ本素子を図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。図６に示したように高電圧
電源を用いて、基板から数ミリの高さＨの位置に陽極
（アノード電極）６２を設け、数キロボルトからなる高
電圧Ｖａを印加した。This device having a gap between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 of several μm is installed in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6 and exhausted sufficiently by the vacuum exhaust device 65 until the pressure reaches about 10 -4 Pa. did. As shown in FIG. 6, an anode (anode electrode) 62 was provided at a height H of several millimeters from the substrate using a high-voltage power supply, and a high voltage Va of several kilovolts was applied.
【００５９】なお、アノード電極６２には導電性フィル
ムを被覆した蛍光体が設置されている。The anode 62 is provided with a phosphor coated with a conductive film.
【００６０】素子の駆動電圧Ｖｆには数十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。The device current If and the electron emission current Ie flowing by applying a pulse voltage of about several tens V to the device drive voltage Vf were measured.
【００６１】この時、等電位線６３は図６のように形成
され、最も電界の集中すると想定される点は６４で示さ
れる陰極材料４の最もアノードより、かつギャップの内
側の場所である。At this time, the equipotential lines 63 are formed as shown in FIG. 6, and the point where the electric field is most likely to concentrate is at the location indicated by 64 which is farthest from the anode of the cathode material 4 and inside the gap.
【００６２】この電界集中点近傍に位置する陰極材料４
の中で最も電界集中する場所から電子が放出されると考
えられる。The cathode material 4 located near the electric field concentration point
It is considered that electrons are emitted from the place where the electric field is concentrated most among the above.
【００６３】素子のＩｅ特性は図７に示すような特性で
あった。すなわち印加電圧の約半分からＩｅが急激に立
ち上がり、不図示のＩｆはＩｅの特性に類似していた
が、その値はＩｅと比較して十分に小さな値であった。The Ie characteristics of the device were as shown in FIG. That is, Ie rises sharply from about half of the applied voltage, and If (not shown) resembled the characteristics of Ie, but its value was sufficiently smaller than Ie.
【００６４】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.
【００６５】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).
【００６６】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 using 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.
【００６７】電子放出素子８４を構成する一対の電極
（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配
線８３と導電性金属等からなる結線８５によって電気的
に接続されている。A pair of electrodes (not shown) constituting the electron-emitting device 84 are electrically connected to the m X-directional wires 82 and the n Y-directional wires 83 by connection 85 made of a conductive metal or the like. I have.
【００６８】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, even if some or all of the constituent elements are the same, 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.
【００６９】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。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 84 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 82. On the other hand, Y
Electron emitting elements 84 arranged in the Y direction
(Not shown) for modulating each of the columns according to the input signal. 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.
【００７０】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.
【００７１】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 an electron source having a simple matrix arrangement 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.
【００７２】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.
【００７３】[0073]
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail.
【００７４】＜実施例１＞図１Ａに本実施例により作製
した電子放出素子を素子上部から見た様子を示し、図１
Ｂは図１ＡのＡ−Ａ間断面図を示す。<Example 1> FIG. 1A shows a state of an electron-emitting device manufactured according to this example viewed from above the device.
FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A.
【００７５】以下に、図５を用いて本実施例の電子放出
素子の製造工程を詳細に説明する。Hereinafter, the manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment will be described in detail with reference to FIG.
【００７６】（工程１）基板１に石英基板を用い、十分
洗浄を行った後、引き出し電極２及び陰極電極３として
スパッタ法により厚さ５ｎｍ（不図示）のＴｉ及び厚さ
３０ｎｍのＰｔを連続的に蒸着を行った。(Step 1) A quartz substrate was used as the substrate 1 and after sufficient cleaning, 5 nm-thick (not shown) Ti and 30 nm-thick Pt were continuously applied as the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 by sputtering. Vapor deposition was performed.
【００７７】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。Next, in a photolithography process, a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant) is used.
Was used to form a resist pattern.
【００７８】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層はＡｒガスを用いてド
ライエッチングを行い、電極間ギャップが５μｍからな
る引き出し電極２、および陰極電極３を形成した（図５
Ａ）。Next, using the patterned photoresist as a mask, the Pt layer and the Ti layer were dry-etched using Ar gas to form a lead electrode 2 and a cathode electrode 3 having a gap between electrodes of 5 μm (FIG. 5
A).
【００７９】（工程２）次に、基板温度を３００℃に保
ちＡｒ中に窒素を混合させたエッチングガスでＴｉをス
ッパタする反応性スパッタ法にてＴｉＮを厚さ５００ｎ
ｍの厚さに蒸着を行い、導電層５１を形成した（図５
Ｂ）。(Step 2) Next, the substrate temperature was kept at 300 ° C., and TiN was sputtered with an etching gas in which Ar was mixed with nitrogen to a thickness of 500 n by a reactive sputtering method.
m to form a conductive layer 51 (FIG. 5).
B).
【００８０】（工程３）次に、基板１を十分に室温に冷
却した後、工程２と同一の真空装置を用いてＡｒガスを
用いたスパッタ法にてＰｄを島状になる程度の量だけ蒸
着した。この段階で素子表面には粒子の直径が約３〜１
０ｎｍの触媒５１が形成された。この時の触媒５２粒子
の密度は約１０11〜１０12個／ｃｍ2と見積もられた
（図５Ｃ）。(Step 3) Next, after sufficiently cooling the substrate 1 to room temperature, the same vacuum apparatus as in step 2 is used to form an island-like Pd by sputtering using Ar gas. Evaporated. At this stage, the diameter of the particles is about 3 to 1 on the device surface.
A 0 nm catalyst 51 was formed. At this time, the density of the catalyst 52 particles was estimated to be about 10 11 to 10 12 particles / cm 2 (FIG. 5C).
【００８１】（工程４）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。(Step 4) Next, in a photolithography step, a resist pattern was formed using a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant).
【００８２】パターニングした前記フォトレジストをマ
スクとして島状Ｐｄ層（触媒５２）、ＴｉＮ層（導電層
５１）はＣｌ2ガスを用いてドライエッチングを行い、
一方の電極（陰極電極３）上にのみ金属触媒５２が形成
されるようにした（図５Ｄ）。Using the patterned photoresist as a mask, the island-like Pd layer (catalyst 52) and the TiN layer (conductive layer 51) are dry-etched using Cl 2 gas.
The metal catalyst 52 was formed only on one electrode (cathode electrode 3) (FIG. 5D).
【００８３】（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、触媒５２塗布領域
に直径５ｎｍ〜２５ｎｍ程度で、屈曲しながら繊維状に
伸びた多数のカーボンファイバー（陰極材料４）が形成
されているのがわかった。このときカーボンファイバー
の厚さは約１０００ｎｍとなっていた（図５Ｅ）。(Step 5) Subsequently, 0.1% diluted with nitrogen
Heat treatment was performed at 500 ° C. for 10 minutes in an ethylene stream.
When this was observed with a scanning electron microscope, it was found that a large number of carbon fibers (cathode material 4) having a diameter of about 5 nm to 25 nm and extending in a fiber shape while bending were formed in the area where the catalyst 52 was applied. At this time, the thickness of the carbon fiber was about 1000 nm (FIG. 5E).
【００８４】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２×１０-5Ｐａに到
達するまで十分に排気した。図６に示したように素子か
らＨ＝２ｍｍ離れた陽極（アノード電極６２）に、陽極
（アノード）電圧としてＶａ＝１０ＫＶ印加した。この
とき素子には駆動電圧Ｖｆ＝２０Ｖからなるパルス電圧
を印加して流れる素子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計
測した。The device was placed in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6 and evacuated sufficiently by a vacuum exhaust device 65 until the pressure reached 2 × 10 −5 Pa. As shown in FIG. 6, Va = 10 KV was applied as an anode (anode) voltage to an anode (anode electrode 62) separated from the device by H = 2 mm. At this time, the device current If and the electron emission current Ie flowing by applying a pulse voltage of the drive voltage Vf = 20 V to the device were measured.
【００８５】素子のＩｆ、Ｉｅ特性は図７に示すような
特性であった。すなわち印加電圧の約半分からＩｅが急
激に増加し、Ｖｆが１５Ｖでは約１μＡの電子放出電流
Ｉｅが測定された。一方ＩｆはＩｅの特性に類似してい
たが、その値はＩｅと比較して一桁以上小さな値であっ
た。The If and Ie characteristics of the device were as shown in FIG. That is, Ie rapidly increased from about half of the applied voltage, and when Vf was 15 V, an electron emission current Ie of about 1 μA was measured. On the other hand, If was similar to the characteristic of Ie, but its value was at least one digit smaller than that of Ie.
【００８６】陰極電極３の上に導電層５１を用いたこと
でカーボンファイバー（陰極材料４）を一定の密度で成
長させることが可能となった。By using the conductive layer 51 on the cathode electrode 3, carbon fibers (cathode material 4) can be grown at a constant density.
【００８７】また導電層５１をカーボンファイバー（陰
極材料４）の電気的接続層として用いたことにより、陰
極電極３の上においても安定に電子放出させることが可
能となった。Further, by using the conductive layer 51 as an electrical connection layer of carbon fiber (cathode material 4), it is possible to stably emit electrons even on the cathode electrode 3.
【００８８】得られたビームはＹ方向に細長く、Ｘ方向
に短い、略矩形形状であった。The obtained beam was elongated in the Y direction and short in the X direction, and had a substantially rectangular shape.
【００８９】駆動電圧Ｖｆを１５Ｖ、アノード間距離Ｈ
を２ｍｍと一定に保ち、アノード電圧Ｖａを５ＫＶ、１
０ＫＶ、ギャップｄ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。When the drive voltage Vf is 15 V, the distance H between the anodes is
Is kept constant at 2 mm, and the anode voltage Va is 5 KV,
Table 1 shows the beam width when the beam width was measured at 0 KV and the gap d was 1 μm and 5 μm.
【００９０】[0090]
【表１】 [Table 1]
【００９１】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Ｐｄ（触媒５
２）の平均粒径が、その後の成長で出来るカーボンファ
イバー（陰極材料４）の直径と関連している。The electric field required for driving could be changed by changing the growth conditions. Especially Pd (catalyst 5
The average particle size of 2) is related to the diameter of the carbon fiber (cathode material 4) formed by the subsequent growth.
【００９２】Ｐｄ（触媒５２）の平均直径はスパッタＰ
ｄの蒸着を行うときの蒸着量および基板温度、投入電力
で制御が可能であった。The average diameter of Pd (catalyst 52) is
It was possible to control the deposition amount, the substrate temperature, and the input power when performing the deposition of d.
【００９３】この素子のカーボンファイバー（陰極材料
４）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。When the carbon fiber (cathode material 4) of this device was observed with a transmission electron microscope, graphene was found to be FIG.
The structure was stacked as shown on the right side of FIG. The stacking interval of graphene (in the C-axis direction) was unclear at a low temperature of about 500 ° C., and the interval was 0.4 nm.
0.34 nm at ℃ and 0.335 nm graphite
It became a value close to.
【００９４】＜実施例２＞第二の実施例を図２に示す。<Embodiment 2> A second embodiment is shown in FIG.
【００９５】本実施例では第一の実施例における陰極電
極３の厚さを５００ｎｍ、引き出し電極２の厚さを３０
ｎｍに形成し、実施例１の工程２において用いる導電層
としてＺｒＮを用いた。また工程３で用いる触媒には金
属ＰｄにＣｏを約２０ａｔｍ％添加した触媒を用いた。
このＺｒＮでもカーボンファイバーの成長前後でシート
抵抗に変化がないことから安定にコンタクト層が形成さ
れていることが確認された。また合金化した触媒により
安定してカーボンファイバーの成長が可能となった。In this embodiment, the thickness of the cathode electrode 3 in the first embodiment is 500 nm and the thickness of the extraction electrode 2 is 30 nm.
nm, and ZrN was used as the conductive layer used in Step 2 of Example 1. The catalyst used in Step 3 was a catalyst in which Co was added to metal Pd at about 20 atm%.
Even with this ZrN, since the sheet resistance did not change before and after the growth of the carbon fiber, it was confirmed that the contact layer was formed stably. In addition, the growth of the carbon fiber became possible stably by the alloyed catalyst.
【００９６】素子作製後に本素子のＩｆ、Ｉｅの計測を
行った。After the device was manufactured, If and Ie of the device were measured.
【００９７】本素子構成により、陰極電極３を厚くする
ことで、電子放出位置を引き出し電極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。この構
成によって、電子が引き出し電極２に衝突する軌道が減
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。According to the present element configuration, by increasing the thickness of the cathode electrode 3, the electron emission position could be reliably set at a higher position (on the anode side) when viewed from the extraction electrode 2. With this configuration, the number of trajectories at which electrons collide with the extraction electrode 2 was reduced, and a phenomenon that caused a decrease in efficiency and an increase in beam diameter could be prevented.
【００９８】この結果、本素子構成においても、Ｖｆが
２０Ｖでは約１μＡの電子放出電流Ｉｅが測定された。
一方ＩｆはＩｅの特性に類似していたが、その値はＩｅ
と比較して二桁小さな値であった。この時のビーム径も
ほぼ表１と同じであった。As a result, also in this device configuration, when Vf was 20 V, an electron emission current Ie of about 1 μA was measured.
On the other hand, If was similar to the characteristic of Ie, but its value was
The value was two orders of magnitude smaller than. The beam diameter at this time was almost the same as in Table 1.
【００９９】＜実施例３＞第三の実施例を図３に示す。<Embodiment 3> A third embodiment is shown in FIG.
【０１００】本実施例では第一の実施例における工程２
において用いる導電層５１および触媒５２をギャップと
陰極電極３にまたがって、ギャップのほぼ中間位置（ギ
ャップ間距離を約半分）に形成した場合を示す。In this embodiment, step 2 in the first embodiment is performed.
Shows a case where the conductive layer 51 and the catalyst 52 used in the above are formed at a substantially intermediate position of the gap (about half the distance between the gaps) across the gap and the cathode electrode 3.
【０１０１】以降の工程３乃至５は同じである。但し、
工程２において用いる導電層としてニオブの窒化物を用
いた。また工程３で用いる触媒には金属ＰｄにＦｅを約
１０ａｔｍ％添加した触媒を用いた。さらに工程５で用
いるカーボンファイバーの成長ガスとして窒素希釈した
０．１％アセチレンを用いた。The subsequent steps 3 to 5 are the same. However,
Niobium nitride was used as the conductive layer used in Step 2. The catalyst used in step 3 was a catalyst in which Fe was added to metal Pd at about 10 atm%. Further, 0.1% acetylene diluted with nitrogen was used as a growth gas for carbon fiber used in step 5.
【０１０２】このＮｂＮでもカーボンファイバーの成長
前後でシート抵抗に変化がないことから安定にコンタク
ト層が形成されていることが確認された。また合金化し
た触媒により安定してカーボンファイバーの成長が可能
となった。[0102] Even with this NbN, there was no change in the sheet resistance before and after the growth of the carbon fiber, confirming that the contact layer was formed stably. In addition, the growth of the carbon fiber became possible stably by the alloyed catalyst.
【０１０３】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。
また導電層をカーボンファイバーの電気的接続層として
用いたことによりギャップ内のカーボンファイバーから
安定に電子放出させることが可能となった。In this device, the electric field is about twice as strong as that of the first embodiment because the distance between the gaps is small. For this reason, the driving voltage can be reduced to about 8V.
In addition, by using the conductive layer as an electrical connection layer of carbon fibers, electrons can be stably emitted from the carbon fibers in the gap.
【０１０４】＜実施例４＞第四の実施例を図４にしめ
す。本実施例では実施例１で述べた工程１、２、３が以
下に示すように変更した。<Embodiment 4> FIG. 4 shows a fourth embodiment. In this embodiment, steps 1, 2, and 3 described in the first embodiment are changed as described below.
【０１０５】（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としてスパッタ法により厚
さ５ｎｍのＣｒ及び厚さ３０ｎｍのＰｔを連続的に蒸着
を行った。(Step 1) A quartz substrate was used as the substrate 1, and after sufficient cleaning, 5 nm-thick Cr and 30 nm-thick Pt were continuously deposited as the cathode electrode 3 by sputtering.
【０１０６】（工程２）次に、基板温度を３００℃に保
ちＡｒ中に窒素を混合させたエッチングガスでＴａをス
ッパタする反応性スパッタ法にてＴａＮを厚さ５００ｎ
ｍの厚さに蒸着し、導電層を形成した。(Step 2) Next, the substrate temperature was kept at 300 ° C., and TaN was sputtered with an etching gas in which Ar was mixed with nitrogen to form a TaN film having a thickness of 500 n.
m to form a conductive layer.
【０１０７】（工程３）次に、基板を十分に室温に冷却
した後、工程２と同一の真空装置を用いてＡｒガスを用
いたスパッタ法にてＰｄにＮｉを５０ａｔｍ％を含む合
金（触媒）を島状になる程度の量だけ蒸着した。(Step 3) Next, after sufficiently cooling the substrate to room temperature, an alloy containing 50 atm% of Ni in Pd by a sputtering method using Ar gas using the same vacuum apparatus as in step 2 (catalyst) ) Was deposited in such an amount as to form islands.
【０１０８】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。Next, in a photolithography step, a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant) is used.
Was used to form a resist pattern.
【０１０９】次に、パターニングした前記フォトレジス
トをマスクとして導電性材料５はＣＦ4を用いてドライ
エッチングを行い、続いて、Ｐｔ層、Ｔｉ層をＡｒにて
ドライエッチングを行い陰極電極３を形成した。Next, using the patterned photoresist as a mask, the conductive material 5 is dry-etched using CF 4 , and then the Pt layer and the Ti layer are dry-etched with Ar to form the cathode electrode 3. did.
【０１１０】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。Next, using the cathode electrode 3 as a mask and a mixed acid comprising hydrofluoric acid and ammonium fluoride, about 5
The quartz substrate was etched to a depth of 00 nm.
【０１１１】続いて、引き出し電極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を
連続的に蒸着を行った。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）を用いて引き出し電極２形状を形成す
るためのレジストパターンを形成した。Subsequently, 5 nm thick Ti and 30 nm thick Pt were continuously vapor-deposited again as the extraction electrode 2 by the sputtering method. After the photoresist of the cathode electrode 3 was peeled off, a resist pattern for forming the shape of the extraction electrode 2 was formed again using a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant).
【０１１２】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き出し電極２を形成した。Next, the Pt layer and the Ti layer were dry-etched using Ar using the patterned photoresist as a mask, and the extraction electrode 2 was formed so that the step formed between the step stations acts as a gap. .
【０１１３】本素子構成により、より微細なギャップを
作ることが可能となり、約６Ｖ程度から電子放出させる
ことが出来るようになった。With this device configuration, a finer gap can be formed, and electrons can be emitted from about 6 V.
【０１１４】また陰極材料４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、引き出し電極２に電子が衝突し、効率が
低下したり、ビーム径が増大するのを防ぐことが出来
た。Also, due to the high height (film thickness) of the cathode material 4, electrons are emitted not only from the upper part of the film but also from an intermediate position, so that the electrons collide with the extraction electrode 2 and the efficiency is reduced. And the beam diameter was prevented from increasing.
【０１１５】＜実施例５＞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 5> 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.
【０１１６】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。In FIG. 8, reference numeral 81 denotes an electron source base, 82 denotes an X-direction wiring, and 83 denotes a Y-direction wiring. 84 is an electron-emitting device of the present invention, and 85 is a connection.
【０１１７】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).
【０１１８】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８３の交差部の電位差に耐え得るように，本実施例で
は１素子当たりの素子容量が１ｐＦ以下、素子耐圧３０
Ｖ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 made of SiO 2 having a thickness of about 0.8 μm by using a sputtering method or the like. This embodiment is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the electron source substrate 81 on which the X-directional wiring 82 is formed. In this case, the element capacitance per element is 1 pF or less and the element withstand voltage 30
The thickness of the interlayer insulating layer was determined to be V. The X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are led out as external terminals.
【０１１９】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 the m X-directional wires 82 and the n Y-directional wires 83 by a connection 85 made of a conductive metal or the like. Have been.
【０１２０】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
明においてはＹ方向配線８３は高電位、Ｘ方向配線８２
は低電位になるように接続された。このように接続する
ことで、本発明の特徴である、ビームの収束効果が得ら
れた。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 is connected to the X-direction wiring 82. 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 driving 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. In the present invention, the Y-direction wiring 83 has a high potential and the X-direction wiring 82
Were connected to have a low potential. With such a connection, a beam convergence effect, which is a feature of the present invention, was obtained.
【０１２１】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.
【０１２２】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.
【０１２３】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.
【０１２４】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.
【０１２５】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.
【０１２６】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。After the fluorescent film 94 is formed, the metal back 95 is
The inner surface of the fluorescent film 94 was smoothed (usually called “filming”), and then Al was deposited by vacuum evaporation or the like.
【０１２７】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.
【０１２８】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。When performing the above-mentioned sealing, in the case of color, it is necessary to make each color phosphor correspond to an electron-emitting device.
Sufficient alignment is essential.
【０１２９】本実施例では電子源からの電子放出はゲー
ト電極側に出射されるので、１０ＫＶのアノード電圧、
アノード間距離２ｍｍの時は、２００μｍ、ゲート側に
偏移して対応する蛍光体が配置された。In this embodiment, since the electron emission from the electron source is emitted to the gate electrode side, an anode voltage of 10 KV,
When the distance between the anodes was 2 mm, the corresponding phosphor was shifted by 200 μm to the gate side.
【０１３０】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.
【０１３１】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せることにより構成することがで
きる。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.
【０１３２】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 example, the DC voltage source Vx is driven by a drive voltage applied to an unscanned element 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.
【０１３３】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 an appropriate display is performed based on an externally input image signal. 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.
【０１３４】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 separating circuit 106 is a circuit for separating a synchronizing signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside, and uses a general frequency separating (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.
【０１３５】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.
【０１３６】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 of one line of an image for a required 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.
【０１３７】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。Modulation signal generator 107 outputs 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.
【０１３８】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.
【０１３９】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。Accordingly, as a method of modulating the electron-emitting device in accordance with the input signal, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be employed. When implementing the voltage modulation method, a circuit of a voltage modulation method that generates a voltage pulse of a fixed length and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data is used as the modulation signal generator 107. be able to.
【０１４０】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。In implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 107, a pulse width modulation type circuit that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data can be used.
【０１４１】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.
【０１４２】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.
【０１４３】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方式などの
他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例え
ば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも
採用できる。The 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. Although the NTSC system has been described as the input signal, the input signal is not limited to the NTSC system. In addition to the PAL and SECAM systems, a TV signal including a larger number of scanning lines (for example, MUSE system and the like) High-definition TV).
【０１４４】[0144]
【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、効率が高く、ビーム径の小さい電子
源が実現できる。As described above, by using the electron-emitting device according to the present invention, an electron source with high efficiency and a small beam diameter can be realized.
【０１４５】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】本発明による基本的な電子放出素子の一例を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a basic electron-emitting device according to the present invention.
【図２】本発明による第二の実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment according to the present invention.
【図３】本発明による第三の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment according to the present invention.
【図４】本発明による第四の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment according to the present invention.
【図５】本発明による第１の実施例の製造工程を示す図
である。FIG. 5 is a view showing a manufacturing process of the first embodiment according to the present invention.
【図６】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. 6 is a diagram showing a configuration example when operating an electron-emitting device according to the present invention.
【図７】本発明による基本的な電子放出素子の動作特性
例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of operating characteristics of a basic 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】カーボンナノチューブの構造を示す概要図で
ある。FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of a carbon nanotube.
【図１２】グラファイトナノファイバーの構造を示す概
要図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of a graphite nanofiber.
【図１３】縦型ＦＥの従来例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a conventional example of a vertical FE.
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 陰極材料（エミッター材料） ５ 導電性材料 ５１ 導電層 ５２ 触媒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Leader electrode (gate electrode) 3 Cathode electrode (cathode electrode) 4 Cathode material (emitter material) 5 Conductive material 51 Conductive layer 52 Catalyst
Claims (16)
の成長を促進する材料と、該カーボンの成長を促進する
材料上に配置されたカーボンファイバーとを有する電子
放出素子であって、前記電極と、前記カーボンの成長を
促進する材料との間に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中か
ら選択された少なくとも１種の窒化物、あるいはＴｉ，
Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択された少なくとも１種の
酸化物、あるいは前記窒化物と前記酸化物の混合物が配
置されてなることを特徴とする電子放出素子。1. An electron-emitting device comprising: an electrode; a material for promoting the growth of carbon disposed on the electrode; and a carbon fiber disposed on the material for promoting the growth of carbon. At least one nitride selected from Ti, Zr, Ta, and Nb, or Ti, between the electrode and the material promoting carbon growth.
An electron-emitting device comprising at least one oxide selected from Zr, Ta, and Nb, or a mixture of the nitride and the oxide.
子状であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出
素子。2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the material for promoting the growth of carbon is in the form of particles.
Ｐｄ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏを含むことを特徴とする請
求項１または２に記載の電子放出素子。3. The material for promoting the growth of carbon,
3. The electron-emitting device according to claim 1, comprising Pd, Ni, Fe or Co.
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、ダイアモンドファイバー、またはこれらの
うち２種類以上の混合物であること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 carbon fiber according to claim 1, wherein the carbon fiber is graphite nanofiber, carbon nanotube, amorphous carbon, diamond fiber, or a mixture of two or more thereof. Electron-emitting device.
第１電極と離間して、前記基板上に設けた第２電極と、
該第２電極上に配置されたカーボンの成長を促進する材
料と、該カーボンの成長を促進する材料上に配置された
カーボンファイバーとを有する電子放出素子であって、
前記第２電極と、前記カーボンの成長を促進する材料と
の間に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択された少
なくとも１種の窒化物、あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎ
ｂの中から選択された少なくとも１種の酸化物、あるい
は前記窒化物と前記酸化物の混合物が配置されてなるこ
とを特徴とする電子放出素子。5. A first electrode provided on an insulating substrate, a second electrode provided on the substrate at a distance from the first electrode, and
An electron-emitting device comprising: a material for promoting the growth of carbon disposed on the second electrode; and a carbon fiber disposed on the material for promoting the growth of carbon.
At least one nitride selected from Ti, Zr, Ta, and Nb, or Ti, Zr, Ta, N, between the second electrode and the material promoting carbon growth.
b. At least one kind of oxide selected from b, or a mixture of said nitride and said oxide is arranged.
子状であることを特徴とする請求項５に記載の電子放出
素子。6. The electron-emitting device according to claim 5, wherein the material that promotes the growth of carbon is in the form of particles.
Ｐｄ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏを含むことを特徴とする請
求項５または６に記載の電子放出素子。7. The material for promoting the growth of carbon,
7. The electron-emitting device according to claim 5, comprising Pd, Ni, Fe or Co.
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、ダイアモンドファイバー、またはこれらの
うち２種類以上の混合物であることを特徴とする請求項
５乃至７のいずれかに記載の電子放出素子。8. The method according to claim 5, wherein the carbon fiber is graphite nanofiber, carbon nanotube, amorphous carbon, diamond fiber, or a mixture of two or more thereof. Electron-emitting device.
での距離よりも、前記基板表面から前記カーボンファイ
ーバーの先端までの距離の方が長いことを特徴とする請
求項５乃至８のいずれかに記載の電子放出素子。9. The method according to claim 5, wherein the distance from the substrate surface to the tip of the carbon fiber is longer than the distance from the substrate surface to the surface of the first electrode. The electron-emitting device according to any one of the above.
り厚くしたことを特徴とする請求項５乃至９のいずれか
に記載の電子放出素子。10. The electron-emitting device according to claim 5, wherein the thickness of the second electrode is larger than that of the first electrode.
電極を設ける位置より高くなるように、前記基板に段差
を設けたことを特徴とする請求項５乃至９に記載の電子
放出素子。11. The position where the second electrode is provided is the first electrode.
10. The electron-emitting device according to claim 5, wherein a step is provided on the substrate so as to be higher than a position where the electrode is provided.
記載の電子放出素子を複数個並列に配置し結線してなる
素子列を少なくとも１列以上有してなることを特徴とす
る電子源。12. An electron, comprising: at least one element row formed by arranging and connecting a plurality of the electron-emitting elements according to claim 1 in parallel. source.
記載の電子放出素子を複数個配列してなる素子列を少な
くとも１列以上有し、該複数の電子放出素子を駆動する
ための配線がマトリクス配置されていることを特徴とす
る電子源。13. An element array for driving a plurality of electron-emitting devices, comprising at least one or more element arrays in which a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1 are arranged. An electron source, wherein wirings are arranged in a matrix.
と、該電子源と対向して設けた画像形成部材とを有する
ことを特徴とする画像形成装置。14. An image forming apparatus comprising: the electron source according to claim 12; and an image forming member provided to face the electron source.
とを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。15. The image forming apparatus according to claim 14, wherein the image forming member has a phosphor.
ンの成長を促進する材料と、該カーボンの成長を促進す
る材料上に配置されたカーボン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、表面にＴｉ，Ｚｒ，Ｔ
ａ，Ｎｂの中から選択された少なくとも１種の窒化物、
あるいはＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂの中から選択された少
なくとも１種の酸化物、あるいは前記窒化物と前記酸化
物の混合物を有する電極を配置する工程と、前記電極上
にカーボンの成長を促進する材料を形成する工程と、前
記カーボンの成長を促進する材料上にカーボンファイバ
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。16. A method for manufacturing an electron-emitting device comprising an electrode, a material for promoting the growth of carbon disposed on the electrode, and a carbon fiber disposed on the material for promoting the growth of carbon. And Ti, Zr, T on the surface
a, at least one nitride selected from Nb;
Alternatively, a step of arranging an electrode having at least one oxide selected from Ti, Zr, Ta, and Nb, or a mixture of the nitride and the oxide, and promoting the growth of carbon on the electrode A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising: forming a material; and forming a carbon fiber on the material that promotes the growth of carbon.
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