JP2002289087A

JP2002289087A - 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

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Publication number: JP2002289087A
Application number: JP2001089374A
Authority: JP
Inventors: Takeo Tsukamoto; 健夫塚本; Shinichi Kawate; 信一河手
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-04
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP4593816B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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を提供す
る。【解決手段】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，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
置されてなる電子放出素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、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。

【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。

【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，”ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓ
ｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄ
ｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００６５】ｍ本のＸ方向配線８２は，ＤＸ₁，Ｄ
Ｘ₂，．．ＤＸ_m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．．ＤＹ_nのｎ本の配
線よりなり，Ｘ方向配線８２と同様に形成される。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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００７３】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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）。

【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）。

【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。

【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）。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００９０】

【表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。

【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。

【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。

【００９４】＜実施例２＞第二の実施例を図２に示す。

【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。

【００９６】素子作製後に本素子のＩｆ、Ｉｅの計測を
行った。

【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。

【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。

【００９９】＜実施例３＞第三の実施例を図３に示す。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０１１７】図８においてｍ本のＸ方向配線８２はＤＸ
₁，ＤＸ₂，．．ＤＸ_mからなり，蒸着法にて形成された
厚さ約１μｍ、幅３００μｍのアルミニウム系配線材料
で構成されている。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．．ＤＹ_nのｎ本の配線よりなり，Ｘ
方向配線８２と同様に形成される。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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】本発明による第二の実施例を示す図である。

【図３】本発明による第三の実施例を示す図である。

【図４】本発明による第四の実施例を示す図である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１１】カーボンナノチューブの構造を示す概要図で
ある。

【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。

【図１３】縦型ＦＥの従来例を示す図である。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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，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。
【請求項２】前記カーボンの成長を促進する材料は粒
子状であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出
素子。
【請求項３】前記カーボンの成長を促進する材料は、
Ｐｄ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏを含むことを特徴とする請
求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】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。
【請求項５】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，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。
【請求項６】前記カーボンの成長を促進する材料は粒
子状であることを特徴とする請求項５に記載の電子放出
素子。
【請求項７】前記カーボンの成長を促進する材料は、
Ｐｄ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏを含むことを特徴とする請
求項５または６に記載の電子放出素子。
【請求項８】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。
【請求項９】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。
【請求項１０】前記第２電極の厚みを前記第１電極よ
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。
【請求項１１】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
を設けたことを特徴とする請求項５乃至９に記載の電子
放出素子。
【請求項１２】請求項１〜１１のうちいずれか１項に
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。
【請求項１３】請求項１〜１１のうちいずれか１項に
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。
【請求項１４】請求項１２または１３に記載の電子源
と、該電子源と対向して設けた画像形成部材とを有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】前記画像形成部材は蛍光体を有するこ
とを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。
【請求項１６】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，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。