JP2003051243A - Electron discharging element, electron source and imaging device - Google Patents
Electron discharging element, electron source and imaging deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、電
子源、画像形成装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source and an image forming apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】表示装置等の画像形成装置においては、
液晶を用いた平板型表示装置がCRTに替わって普及して
きたが、自発光型でないため、バックライトを持たなけ
ればならない等の問題点があり、自発光型表示装置が望
まれてきた。2. Description of the Related Art In an image forming apparatus such as a display device,
Flat panel display devices using liquid crystal have become popular in place of CRTs, but since they are not self-luminous, they have problems such as having a backlight, and self-luminous display devices have been desired.
【０００３】画像形成装置用の電子源として、金属に対
し106V/cm以上の強電界をかけて金属表面から電子を放
出させる電界放出型（FE型）電子放出素子が冷電子源の
一つとして注目されている。FE型の冷電子源が実用化さ
れれば、薄型の自発光画像表示装置が可能となり、消費
電力の低減、軽量化にも貢献する。As an electron source for an image forming apparatus, a field emission type (FE type) electron-emitting device that emits electrons from a metal surface by applying a strong electric field of 10 6 V / cm or more to a metal is one of cold electron sources. It is attracting attention as one. If a FE-type cold electron source is put into practical use, a thin self-luminous image display device will be possible, which will contribute to reduction in power consumption and weight.
【０００４】FE型電子放出素子の例として一般的なのも
のとして、図16に示すようにエミッタ165が基板161から
略鉛直方向に円錐あるいは四角錐の形状をなし、その周
囲に絶縁層163により隔てたゲート電極164が配置されて
いる、いわゆる縦型FEがある。例えばC.A.Spindt, "Phy
sical Properties of thin-film field emission catho
des with molybdenum cones", J.Appl.Phys.,47,5248(1
976)等に開示されたもの（以下スピント型）がそれであ
る。動作原理は、ゲート電極にエミッタに対して正の電
圧を印加すると、先鋭化されたエミッタの先端に電界集
中が起こり、電子が放出されるというものである。As a general example of the FE type electron-emitting device, as shown in FIG. 16, an emitter 165 has a conical or quadrangular pyramid shape in a substantially vertical direction from a substrate 161, and is surrounded by an insulating layer 163. There is a so-called vertical FE in which the gate electrode 164 is arranged. For example, CASpindt, "Phy
sical Properties of thin-film field emission catho
des with molybdenum cones ", J.Appl.Phys., 47,5248 (1
This is the one disclosed in 976) (hereinafter Spindt type). The principle of operation is that when a positive voltage is applied to the gate electrode with respect to the emitter, electric field concentration occurs at the sharpened tip of the emitter, and electrons are emitted.
【０００５】近年は、ダイヤモンドやカーボンファイバ
ー（カーボンナノチューブや、グラファイトナノファイ
バー等を含む）等の、電子放出させるために必要な電圧
が低い材料をエミッタとして用いた電子放出素子の開発
が盛んである。例えば、スピント型電子放出素子のエミ
ッタをカーボンファイバーの集合体で置き換えた構造の
例や、図17に示すようにエミッタ175が基板171と平行に
形成され、カーボンファイバー175の先端を加工により
先鋭化し、対向するゲート電極174に陰極が対面し、電
子が引き出される方向と直行した方向にコレクタ176
（本件ではアノードと呼ぶ）が構成された横型FEが開示
されている（USP4728851等）。In recent years, an electron-emitting device using a material, such as diamond or carbon fiber (including carbon nanotube, graphite nanofiber, etc.), which requires a low voltage for emitting electrons as an emitter, has been actively developed. . For example, an example of a structure in which the emitter of the Spindt-type electron-emitting device is replaced with an aggregate of carbon fibers, or as shown in FIG. 17, the emitter 175 is formed in parallel with the substrate 171, and the tip of the carbon fiber 175 is sharpened by processing. , The cathode faces the facing gate electrode 174, and the collector 176 is formed in a direction orthogonal to the direction in which electrons are extracted.
A horizontal FE having a structure (referred to as an anode in this case) is disclosed (USP4728851 etc.).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】近年、自発光型画像表
示装置等の画像形成装置には、より高精細な解像度が要
求され、個々の電子放出素子からの電子ビームが蛍光体
を有するアノードへ到達する領域を、より小さくする必
要がある。In recent years, an image forming apparatus such as a self-luminous image display device is required to have a higher resolution, and an electron beam from each electron-emitting device is transferred to an anode having a phosphor. The reachable area needs to be smaller.
【０００７】一般のスピントFE型電子放出素子を用いた
画像形成装置の動作原理について図16を用いて説明す
る。図16において161は基板、162はゲート電極、163は
絶縁層、164はカソード電極、165はエミッタである。一
般に素子の動作電圧（エミッタと、エミッタに対して正
電位を与える電極との間の電圧）Vfはポアソン方程式に
よって導かれるエミッタ先端部の電界と、その電界とエ
ミッタ部の仕事関数をパラメーターとしてFowler-Nordh
eimの式と呼ばれる関係式に従う電子放出電流の電流密
度によって決定される。The operation principle of an image forming apparatus using a general Spindt FE type electron-emitting device will be described with reference to FIG. In FIG. 16, 161 is a substrate, 162 is a gate electrode, 163 is an insulating layer, 164 is a cathode electrode, and 165 is an emitter. Generally, the operating voltage (voltage between the emitter and the electrode that gives a positive potential to the emitter) Vf of the element is Fowler with the electric field at the tip of the emitter guided by the Poisson equation and the electric field and the work function of the emitter as parameters. -Nordh
It is determined by the current density of the electron emission current according to the relational expression called eim's equation.
【０００８】また、電子放出に必要な電界は、エミッタ
先端と、エミッタに対して正電位を与える電極（カソー
ド、アノード、ゲートの3電極構成ではゲート電極に相
当する。また、ゲートのない2電極構成の場合はアノー
ド電極に相当する）との間の距離Dが小さいほど、また
エミッタ先端の半径ｒが小さいほど得られる電界が大き
くなる。The electric field necessary for electron emission corresponds to the tip of the emitter and an electrode that gives a positive potential to the emitter (a gate electrode in a three-electrode configuration of a cathode, an anode, and a gate. In the case of the configuration, the smaller the distance D to the anode electrode) and the smaller the radius r of the emitter tip, the larger the electric field obtained.
【０００９】従来構成のビーム形状について図16を用い
て説明する。前述したスピント型の場合は、エミッタ16
5とゲート162間にVfを印荷すると、エミッタの突起先端
の電界が高まり、電子がコーン先端近傍から真空中に取
り出される。The beam shape of the conventional configuration will be described with reference to FIG. In the case of the Spindt type described above, the emitter 16
When Vf is loaded between the gate 5 and the gate 162, the electric field at the tip of the protrusion of the emitter is increased and electrons are taken out into the vacuum from the vicinity of the tip of the cone.
【００１０】エミッタ先端の電界はエミッタ先端の形状
に沿うように、ある有限の面積を持って形成されるた
め、取り出される電子はエミッタ先端の有限の面積から
電位に対して、鉛直方向に引き出される。この時、様々
な角度を持つ電子も放出される。その結果、大きな角度
成分を持つ電子は結果的にゲートの方向に引き出され
る。Since the electric field at the tip of the emitter is formed with a certain finite area along the shape of the tip of the emitter, the electrons to be taken out are extracted from the finite area of the tip of the emitter in the vertical direction with respect to the potential. . At this time, electrons with various angles are also emitted. As a result, electrons having a large angular component are eventually extracted toward the gate.
【００１１】結果、円形のゲートが形成されている場合
に、図中166のアノード上に得られる電子分布は、ほぼ
円形のビーム形状167が得られる。つまり得られるビー
ムの形状は引き出すゲートの形状及びエミッタとの距離
に密接に関係することを示している。As a result, when the circular gate is formed, the electron distribution obtained on the anode 166 in the figure has a substantially circular beam shape 167. That is, the shape of the obtained beam is closely related to the shape of the gate to be extracted and the distance from the emitter.
【００１２】仮想的にゲートの形状について、エミッタ
を取り囲む形状からゲートに切れ込みを入れてコーンを
囲む領域を減ずることを考えると、電子が引き出される
方向が360度方向であったものが次第に減少することが
分かる。Considering the virtual shape of the gate, considering that the area surrounding the cone is reduced by making a notch in the gate from the shape surrounding the emitter, the direction in which electrons are extracted is gradually reduced from 360 degrees. I understand.
【００１３】アノード上で得られる電子ビームにおける
X方向の最大の大きさXd（例えば図16における円形ビー
ム形状167の中心からの最大到達距離）は、単純な計算
では√（Vf/Va）に比例する形で表され、この関係から
明らかなようにVfが正電位側に大きくなる程ビーム径が
増大してしまう。さらにゲートの方向に引き出され、ゲ
ート電極に到達した電子は、電流ロスを招き消費電力の
増大にもつながる。In the electron beam obtained on the anode
The maximum size Xd in the X direction (for example, the maximum reach distance from the center of the circular beam shape 167 in FIG. 16) is expressed in a form proportional to √ (Vf / Va) in a simple calculation, which is clear from this relationship. Thus, the beam diameter increases as Vf increases toward the positive potential side. Further, the electrons that are drawn out toward the gate and reach the gate electrode cause a current loss, which leads to an increase in power consumption.
【００１４】電界放出型電子放出素子を用いた画像形成
装置の解像度は、アノードに到達する電子ビームの広さ
により制限されるので、従来の電子ビームの広がってし
まう構成では不具合が生じる。この電子ビームの広がり
を抑制するために、冷陰極を用いた画像形成装置には、
ゲートとアノードの間に、電子ビームを絞るための収束
電極（ゲートに対して適当な負電位を与える）を有する
ものがあるが、冷陰極、ゲート電極、及び収束電極の位
置合わせが必要となり作製方法が複雑になる。Since the resolution of the image forming apparatus using the field emission type electron-emitting device is limited by the width of the electron beam reaching the anode, a problem arises in the conventional structure in which the electron beam spreads. In order to suppress the spread of the electron beam, the image forming apparatus using the cold cathode is
Some have a focusing electrode (giving an appropriate negative potential to the gate) for narrowing the electron beam between the gate and the anode, but the cold cathode, the gate electrode, and the focusing electrode need to be aligned. The method becomes complicated.
【００１５】これまで、スピント型のFE型素子について
述べてきたが、図16のような素子において凸型形状のエ
ミッタ部165にカーボンファイバーを用いた場合（微細
なカーボンファイバーの集合体を含む）も同様である。
また、凸型エミッタを見かけ上平坦な膜状（微細なカー
ボンファイバーの集合体を含む）のエミッタに置き換え
た場合も同様であり、ゲート電極の方向に電子が引き出
される。さらに平坦な膜状エミッタ構成とすると、膜状
エミッタのゲート電極に近い部分ほど電界が強くなる傾
向にあり、電子放出領域の制御が困難である。以上のよ
うに、ゲート電極に開けた孔内にエミッタを配置する縦
型FE構造は高精細な画像形成装置を実現するために不利
である事がわかる。Up to now, the Spindt type FE type element has been described, but in the case where a carbon fiber is used for the convex emitter 165 in the element as shown in FIG. 16 (including an aggregate of fine carbon fibers). Is also the same.
This is also the case when the convex emitter is replaced with an apparently flat film-like emitter (including an aggregate of fine carbon fibers), and electrons are extracted in the direction of the gate electrode. In the case of a flat film-like emitter structure, the electric field tends to be stronger in the part closer to the gate electrode of the film-like emitter, and it is difficult to control the electron emission region. As described above, it is understood that the vertical FE structure in which the emitter is arranged in the hole formed in the gate electrode is disadvantageous for realizing a high-definition image forming apparatus.
【００１６】これに対し、図17のような横型FEタイプで
は、電子ビームの引き出される方向が、比較的揃ってい
るため電子ビームの広がりがスピント型よりも少ない。
さらに、本出願人らの知見によれば、エミッタに放出電
圧の低い材料を用いて放出電圧を低下させ、放出点の位
置、エミッタとゲート電極間に印加する電界、エミッタ
とアノード間に印加する電界を調節する事で、ゲート電
極に衝突する電子を制御する事ができ、電子ビームの広
がりを低減できる事がわかっている。On the other hand, in the lateral FE type as shown in FIG. 17, the direction of extraction of the electron beam is relatively uniform, so that the spread of the electron beam is smaller than in the Spindt type.
Further, according to the knowledge of the applicants, the emission voltage is lowered by using a material having a low emission voltage for the emitter, and the position of the emission point, the electric field applied between the emitter and the gate electrode, and the application between the emitter and the anode are applied. By adjusting the electric field, it is known that the electrons colliding with the gate electrode can be controlled and the spread of the electron beam can be reduced.
【００１７】しかし、横型FEタイプにおいても電子ビー
ムの形状は、陰極領域に対する引き出し電極の配置に大
きく影響される。例えば図18に示すような従来の横型FE
（例として特開平8-77916号）の構成であると、カソー
ドの凸型部から、周辺の引き出し電極により、引き出さ
れた電子ビームはY方向へも広がってしまい、高精細な
画像形成装置を作製する際には問題である。However, also in the lateral FE type, the shape of the electron beam is greatly influenced by the arrangement of the extraction electrode with respect to the cathode region. For example, a conventional horizontal FE as shown in Fig. 18
With the configuration of (Japanese Patent Laid-Open No. 8-77916 as an example), the electron beam extracted from the convex portion of the cathode by the peripheral extraction electrode spreads in the Y direction as well, and a high-definition image forming apparatus is provided. It is a problem when manufacturing.
【００１８】本発明はかかる従来技術の課題を解決する
ためになされたものであって、その目的とするところ
は、電子ビームの広がりを抑制した電子放出素子を提供
し、高精細表示が可能な画像形成装置を実現することに
ある。The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and an object thereof is to provide an electron-emitting device in which spread of an electron beam is suppressed, and high-definition display is possible. It is to realize an image forming apparatus.
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明は、基板上に間隙を挟んで対向する一対の電
極を有し、前記一対の電極は、相対的に正電位と負電位
がそれぞれ印加される第１及び第２の電極とからなり、
前記第２の電極は電子を放出する電子放出部を含み、前
記基板の上方からみて、前記間隙を介して前記第２の電
極に対向する側の、前記第１の電極の幅よりも、前記間
隙を介して前記第１の電極に対向する側の、前記電子放
出部の幅が大きいことを特徴とする電子放出素子であ
る。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a pair of electrodes facing each other on a substrate with a gap therebetween, the pair of electrodes being relatively positive and negative. A first electrode and a second electrode to which a potential is applied,
The second electrode includes an electron emitting portion that emits electrons, and the width of the first electrode is larger than the width of the first electrode on the side facing the second electrode through the gap when viewed from above the substrate. The electron-emitting device is characterized in that the width of the electron-emitting portion on the side facing the first electrode via a gap is large.
【００２０】前記第２の電極は、基板上に設けられた電
極部材と、該電極部材の上に積層され、電子放出部を形
成する電子放出部材とを含むことが好適である。It is preferable that the second electrode includes an electrode member provided on the substrate and an electron emitting member that is laminated on the electrode member and forms an electron emitting portion.
【００２１】前記電子放出部材は、前記電極部材上に加
えて前記電極部材と前記第１の電極との間隙内にも形成
されていることが好適である。It is preferable that the electron emitting member is formed not only on the electrode member but also in a gap between the electrode member and the first electrode.
【００２２】電子放出部は炭素を主成分とする材料によ
って構成されていることが好適である。The electron emitting portion is preferably made of a material containing carbon as a main component.
【００２３】前記炭素を主成分とする材料は繊維状カー
ボンの集合体であることが好適である。The material containing carbon as a main component is preferably an aggregate of fibrous carbon.
【００２４】前記繊維状カーボンはグラファイトナノフ
ァイバー，カーボンナノチューブ及びアモルファスカー
ボンのいずれか又は、これらの混合物からなることが好
適である。The fibrous carbon is preferably made of any one of graphite nanofibers, carbon nanotubes and amorphous carbon, or a mixture thereof.
【００２５】前記炭素を主成分とする材料は、ダイヤモ
ンド，テトラヘドラルアモルファスカーボン，金属及び
半導体のうちから選択された少なくとも一つを含むこと
が好適である。The material containing carbon as a main component preferably contains at least one selected from diamond, tetrahedral amorphous carbon, metal and semiconductor.
【００２６】また、本発明は、前記いずれかの電子放出
素子を複数個並列に配置し、結線した少なくとも１列以
上の素子列と、前記素子列に対向して設けられ、前記電
子放出素子から放出された電子を加速させる陽極と、を
備えたことを特徴とする電子源として構成することがで
きる。Further, according to the present invention, a plurality of any one of the electron-emitting devices are arranged in parallel and connected to each other, and at least one or more device lines are provided to face the device line. It can be configured as an electron source including an anode that accelerates the emitted electrons.
【００２７】前記電子放出素子を駆動するための配線が
マトリクス状に配置されているようにしてもよい。Wirings for driving the electron-emitting devices may be arranged in a matrix.
【００２８】また、本発明は、前記いずれかの電子源
と、前記陽極によって加速された電子によって画像を形
成する画像形成部材と、入力される情報信号に応じて前
記電子放出素子から放出される電子量を制御する駆動装
置と、を含む画像形成装置として構成することができ
る。Further, according to the present invention, any one of the electron sources, an image forming member for forming an image by the electrons accelerated by the anode, and an electron emitting device emitting an electron in response to an input information signal. The image forming apparatus may include a driving device that controls the amount of electrons.
【００２９】前記画像形成部材は、電子の衝突により蛍
光を発する蛍光体を含むことが好適である。It is preferable that the image forming member includes a phosphor that emits fluorescence upon collision of electrons.
【００３０】[0030]
【発明の実施の形態】（電子放出素子の動作原理）本発
明の実施形態について詳細に説明するのに先立ち、図面
を参照して本発明の電子放出素子の動作原理を例示的に
詳しく説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Principle of Operation of Electron-Emitting Element) Prior to detailed description of embodiments of the present invention, the principle of operation of the electron-emitting element of the present invention will be illustratively described in detail with reference to the drawings. .
【００３１】図１(a)に本発明の電子放出素子の平面図
を、図1(b)には図１(a)におけるA-A'断面図を、図1(c)
には図1(a)におけるB-B'断面を示す。図のように絶縁基
板上に、引き出し電極とカソード電極（引き出し電極に
対して負電位を与える電極）が電気的に独立して配置さ
れ、カソード電極上の一部に電子放出材料が配置されて
いる。ここで、カソード電極上の電子放出層材料の配置
は、ゲート電極側の電子放出層の幅をL2とし、電子放出
層側の引き出し電極の幅をL1とすると、L2＞L1となるよ
うに設けてある。FIG. 1 (a) is a plan view of the electron-emitting device of the present invention, FIG. 1 (b) is a sectional view taken along the line AA 'in FIG. 1 (a), and FIG.
Shows the BB 'cross section in FIG. 1 (a). As shown in the figure, the extraction electrode and the cathode electrode (the electrode that gives a negative potential to the extraction electrode) are arranged electrically independently on the insulating substrate, and the electron emission material is arranged on a part of the cathode electrode. There is. Here, the arrangement of the electron emission layer material on the cathode electrode is set so that L2> L1 when the width of the electron emission layer on the gate electrode side is L2 and the width of the extraction electrode on the electron emission layer side is L1. There is.
【００３２】このような素子構成として、図6に示すよ
うな真空装置内に設置し、基板から高さL4の位置に陽極
(以下アノード)を設け、カソード電極に対して引き出し
電極にある正の電圧Vf、カソード電極に対してアノード
にある正の電圧Vaを印加して駆動させると、例えば等電
位線63は図のように形成され、この場合電子放出材料に
おいて最も電界の集中する点は、X-Z平面図（図2(a)）
で見ると、図2(a)及び図６で示される電子放出材料の最
も引き出し電極よりかつアノード側の場所（E2A）とな
る。また引き出し電極側からY-Z平面図（図2(b)）で見
ると、図2(b)に示すように電界集中する場所は、引出し
電極が形成されている幅L1の近傍である。よって電子放
出材料において電子放出が起こりやすい場所は上記の電
界集中点近傍となる。Such an element structure is installed in a vacuum apparatus as shown in FIG. 6, and the anode is placed at a height L4 from the substrate.
If an anode (hereinafter referred to as an anode) is provided and a positive voltage Vf at the extraction electrode is applied to the cathode electrode and a positive voltage Va at the anode is applied to the cathode electrode for driving, for example, equipotential lines 63 are as shown in the figure. In this case, the point where the electric field is most concentrated in the electron emission material is the XZ plan view (Fig. 2 (a)).
Seen in FIG. 2, the electron emission material shown in FIGS. 2A and 6 is located closest to the anode and on the anode side (E2A). When viewed from the YZ plan view (FIG. 2 (b)) from the side of the extraction electrode, the place where the electric field is concentrated is near the width L1 where the extraction electrode is formed, as shown in FIG. 2 (b). Therefore, in the electron-emitting material, the place where electron emission easily occurs is near the electric field concentration point.
【００３３】まず、図2(b)ついて、Y軸方向に電子が取
り出される電界（ここでは便宜的に、Y方向電界と呼
ぶ）と、アノードに向かう電界（ここではZ方向電界と
呼ぶ）について考える。Vfを増加させていく時、電子放
出は上記の電子放出の起こり易い領域から始まり、Vfが
大きくなる程に電子放出領域が拡大される。電子放出材
料のある点においての放出電流密度Jはその点にかかる
電界Eと仕事関数φによって決まり、Fowler-Nordheimの
式によれば、電界Eにより放出電流密度Jは指数関数的に
変化する。また電界EはVfと引き出し電極からの距離D、
電界増幅係数β（電子放出材料表面での原子レベルの凹
凸及び、スピント型のエミッタの先端のような電子放出
材料のマクロ的な形状効果等による）によって定めら
れ、これらの間にはE=β(Vf/D)という関係がある。ここ
で用いた電子放出材料においての仕事関数φ及び、βを
同一とすると、電子放出は引出し電極からの距離Dによ
って左右される。First, referring to FIG. 2 (b), regarding an electric field in which electrons are taken out in the Y-axis direction (here, referred to as Y-direction electric field for convenience) and an electric field toward the anode (here, referred to as Z-direction electric field). Think When Vf is increased, electron emission starts from the region where electron emission easily occurs, and the electron emission region is expanded as Vf increases. The emission current density J at a certain point of the electron emission material is determined by the electric field E applied to the point and the work function φ, and according to the Fowler-Nordheim equation, the electric field E causes the emission current density J to change exponentially. The electric field E is Vf and the distance D from the extraction electrode,
It is determined by the electric field amplification factor β (due to the atomic level unevenness on the surface of the electron emission material and the macroscopic shape effect of the electron emission material such as the tip of the Spindt-type emitter), and between these, E = β There is a relationship of (Vf / D). If the work functions φ and β in the electron-emitting material used here are the same, the electron emission depends on the distance D from the extraction electrode.
【００３４】本発明の素子では図1(a)のように電子放出
材料の形成領域幅L2を、引出し電極幅L1よりも広くする
事により、図2(b)に示すようにY-Z平面にて、形成した
電子放出材料において等電位面が曲がりY方向電界の歪
みを生じる電子放出材料の端部EまたはE'の部分と引出
し電極からの距離を遠くしてその部分の電界を弱め、端
部EまたはE'の部分からの電子放出を抑制する。電子放
出を、図2(b)に示すように、Y-Z平面図においてY方向電
界の歪みのない引き出し電極幅L1近傍からのみ起こさせ
る事により、放出された電子ビームのY方向への広がり
を抑制する事ができる。図3のようにL1よりもL2のほう
が狭くなる時又は、L2とL1が同程度の時は、電子放出材
料の端部（Y方向電界が歪む領域）から放出された電子
が周辺の電場の歪みにそってY方向に広がっていく事に
なる。さらに電子放出材料の端部ではマクロ的な形状効
果が働き、他の領域よりも電子が放出し易いため、電子
ビーム形状に対する端部から放出された電子の影響は無
視する事ができず好ましくない。In the device of the present invention, as shown in FIG. 1 (a), the width L2 of the formation region of the electron-emitting material is made wider than the width L1 of the extraction electrode, so that the YZ plane can be obtained as shown in FIG. , The equipotential surface bends in the formed electron-emitting material and causes distortion of the electric field in the Y direction. The distance between the end portion E or E'of the electron-emitting material and the extraction electrode is increased to weaken the electric field at that portion, and the end portion is weakened. Suppresses electron emission from the E or E'part. As shown in Fig. 2 (b), electron emission is caused only in the vicinity of the extraction electrode width L1 where there is no Y-direction electric field distortion in the YZ plan view, and the emission electron beam is prevented from spreading in the Y direction. You can do it. When L2 is narrower than L1 as shown in Fig. 3, or when L2 and L1 are approximately the same, electrons emitted from the edge of the electron-emitting material (region where the Y-direction electric field is distorted) are It will spread in the Y direction along with the distortion. In addition, since a macroscopic shape effect works at the edges of the electron emitting material and electrons are more easily emitted than in other regions, the influence of the electrons emitted from the edges on the electron beam shape cannot be ignored, which is not preferable. .
【００３５】次に、図2(a)及び図6について、引き出し
電極方向であるX軸方向に電子が取り出される電界（X方
向電界と呼ぶ）と、アノードに向かう電界（Z方向電界
と呼ぶ）について考える。Next, referring to FIGS. 2 (a) and 6, an electric field for ejecting electrons in the X-axis direction, which is the direction of the extraction electrode (referred to as X-direction electric field), and an electric field directed to the anode (referred to as Z-direction electric field). think about.
【００３６】電子放出材料から放出された電子は最初、
X方向電界によって引き出され、引き出し電極に向かっ
た後に、Z方向電界によって引き上げられアノードに到
達する。The electrons emitted from the electron-emitting material are initially
After being extracted by the X-direction electric field and heading toward the extraction electrode, the Z-direction electric field pulls up and reaches the anode.
【００３７】このときX方向電界とZ方向電界の強度比及
び電子放出点の相対位置が重要となる。At this time, the intensity ratio between the X-direction electric field and the Z-direction electric field and the relative position of the electron emission point are important.
【００３８】X方向電界が、Z方向電界と比較して桁で強
い場合には、取り出された電子のほとんどは、X方向電
界で形成される放射状電位によって次第に軌道を曲げら
れ、引き出し電極に向かう軌道をとる。引き出し電極に
衝突した電子は散乱によって再び放出され、Z方向電界
に捉えられるまでは、何度も楕円に似た軌道を描いてゲ
ート上を広がりながら、自ら電子の数を減じながら散乱
を繰り返す事となる。本発明の電子放出素子では、X方
向電界とZ方向電界とを同程度にする事で、取り出され
た電子は、やはり放射状電位によって軌道が曲げられる
ものの、電界による束縛がゆるくなり、ゲート電極に衝
突することなしにZ方向電界に捉えられる電子軌道を出
現させる事が可能である。When the electric field in the X direction is stronger than the electric field in the Z direction by an order of magnitude, most of the extracted electrons have their orbits gradually bent by the radial potential formed by the electric field in the X direction, and head toward the extraction electrode. Take a trajectory. Electrons that collide with the extraction electrode are emitted again due to scattering, and while repeating the scattering while reducing the number of electrons by themselves, drawing an orbit similar to an ellipse and spreading over the gate until it is captured by the electric field in the Z direction. Becomes In the electron-emitting device of the present invention, by making the X-direction electric field and the Z-direction electric field to be approximately the same, although the orbit of the extracted electron is bent by the radial potential, the binding by the electric field becomes loose and the gate electrode becomes It is possible to make electron trajectories captured by the electric field in the Z direction appear without collision.
【００３９】さらにX方向電界とZ方向電界が同程度の
時、電子の放出点位置を、引き出し電極の属する平面か
らアノードの属する平面側に持ち上げる（図6のよう
に）と、放出された電子は全くゲートに衝突せずに、Z
方向電界に捉えられる軌道を描くことが可能である。Further, when the X-direction electric field and the Z-direction electric field are almost the same, when the electron emission point position is raised from the plane to which the extraction electrode belongs to the plane side to which the anode belongs (as shown in FIG. 6), the emitted electrons are emitted. Without hitting the gate at all, Z
It is possible to draw a trajectory that can be captured by a directional electric field.
【００４０】以上のような効果により、本発明の電子放
出素子によれば、電子ビームの広がりを少なくする事が
可能である。With the above effects, according to the electron-emitting device of the present invention, it is possible to reduce the spread of the electron beam.
【００４１】（実施態様）以上のような動作原理に従う
本発明の電子放出素子について、図面を参照して以下に
好ましい実施態様を挙げて詳述する。ただし、この実施
の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、
その相対配置などは、特に、特定的な記載がない限り
は、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨のもので
はない。(Embodiment) An electron-emitting device according to the present invention, which follows the above-described principle of operation, will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes of the components described in this embodiment,
The relative arrangement and the like are not intended to limit the scope of the present invention thereto unless otherwise specified.
【００４２】図1(a)は本発明による電子放出素子の一例
を示す模式図、図1(b)は図1(a)のA-A'間断面図1(c)は図
1(a)のB-B'間断面図である。図において１は絶縁性の基
板、２は第１の電極としての引き出し電極(ゲート電
極)、3はカソード電極（第２の電極及び電極部材）、4
は電子放出材料（電子放出部及び電子放出部材）を示し
ている。FIG. 1 (a) is a schematic view showing an example of an electron-emitting device according to the present invention, FIG. 1 (b) is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1 (a), and FIG. 1 (c) is a drawing.
FIG. 1B is a sectional view taken along line BB ′ of 1 (a). In the figure, 1 is an insulating substrate, 2 is a lead electrode (gate electrode) as a first electrode, 3 is a cathode electrode (second electrode and electrode member), 4
Indicates an electron emitting material (electron emitting portion and electron emitting member).
【００４３】本発明の電子放出素子の製造方法の例を図
4に沿って説明する。An example of a method of manufacturing an electron-emitting device of the present invention
Explain along line 4.
【００４４】その表面を十分に洗浄した、石英ガラス、
Na等の不純物含有量を減少させKなどに一部置換したガ
ラス、青板ガラス及びシリコン基板等にスパッタ法等に
よりSiO2を積層した積層体、アルミナ等のセラミックス
の絶縁性基板を基板１として用意する（図4(a)）。Quartz glass, the surface of which is thoroughly washed,
As the substrate 1, a substrate in which the content of impurities such as Na is reduced and partially replaced with K, soda lime glass, a laminated body in which SiO2 is laminated on a silicon substrate or the like by a sputtering method, or an insulating substrate of ceramics such as alumina is prepared. (Figure 4 (a)).
【００４５】その上に引き出し電極2及びカソード電極3
を、ある間隔ｄを隔て電気的に分割して配置する。引き
出し電極2およびカソード電極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により形成される。素子電極の材
料は、例えば、炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭化
物、金属のホウ化物、半導体、半導体の金属化合物から
適宜選択される。前記引き出し電極2及び、カソード電
極3の厚さとしては、数十nmから数十μmの範囲で設定さ
れる、好ましくは炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭
化物の耐熱性材料が望ましい。特に電子放出材料として
繊維状カーボンを成長させる場合には導電性を付与した
シリコン、例えばドープドポリシリコンなどが好まし
い。On top of that, the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3
Are electrically divided and arranged at a certain distance d. The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 have conductivity, and are formed by a general vacuum film forming technique such as a vapor deposition method and a sputtering method, and a photolithography technique. The material of the device electrode is appropriately selected from, for example, carbon, metal, metal nitride, metal carbide, metal boride, semiconductor, and semiconductor metal compound. The thickness of the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 is set in the range of several tens of nm to several tens of μm, and is preferably a heat resistant material of carbon, metal, metal nitride, or metal carbide. In particular, when fibrous carbon is grown as the electron-emitting material, conductive silicon, for example, doped polysilicon is preferable.
【００４６】なお、この電極の厚さが薄いために電位降
下などが心配される時、あるいはマトリクス配列でこの
素子を用いる場合は必要に応じて低抵抗の配線用金属材
料が電子放出に関与しない部分で用いられることがある
（図4(b)）。When there is a fear of potential drop due to the thin electrode, or when this element is used in a matrix arrangement, a low resistance metal material for wiring does not participate in electron emission as necessary. Sometimes used in parts (Fig. 4 (b)).
【００４７】次に、前記カソード電極の一部に電子放出
材料４を配置する。電子放出材料4はスパッタ法等の一
般的な真空成膜法等で堆積した膜をRIEなどの手法を用
いて電子放出に有利な凸型形状に加工する場合と、CVD
における核成長を利用した薄膜や、針状結晶の成長や、
ひげ結晶の成長などを利用する場合がある。凸型形状の
制御はRIEの場合には用いる基板の種類、ガスの種類、
ガス圧力（流量）、エッチング時間、プラズマを形成す
る時のエネルギーなどに依存する。一方CVDによる形成
方法では基板の種類、ガスの種類、流量、成長温度など
で制御される。電子放出材料としては、好ましくはW、T
a、Mo,等の耐熱性の材料、あるいはTiC、ZrC、HfC、Ta
C、SiC、WC等の炭化物、HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB
4、GdB4等の硼化物、TiN、ZrN、HfN等の窒化物、Si、Ge
等の半導体、有機高分子材料、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
ンドを分散した炭素及び炭素化合物等、あるいはカーボ
ンナノチューブ、グラファイトナノファイバーなどの繊
維状カーボンなどが良い（図4(c)）。Next, the electron emitting material 4 is placed on a part of the cathode electrode. The electron emission material 4 is formed by processing a film deposited by a general vacuum film forming method such as a sputtering method into a convex shape which is advantageous for electron emission using a method such as RIE, and a CVD method.
Thin film using nucleus growth in, and growth of needle crystals,
Growth of whiskers may be used. Convex shape control is performed in the case of RIE by using the type of substrate, type of gas,
It depends on gas pressure (flow rate), etching time, energy for forming plasma, and the like. On the other hand, in the formation method by CVD, the type of substrate, the type of gas, the flow rate, and the growth temperature are controlled. The electron emitting material is preferably W, T
Heat resistant materials such as a, Mo, etc., or TiC, ZrC, HfC, Ta
Carbides such as C, SiC, WC, HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB
4, boride such as GdB4, nitride such as TiN, ZrN, HfN, Si, Ge
Such as semiconductors, organic polymer materials, amorphous carbon,
Graphite, diamond-like carbon, carbon and carbon compounds in which diamond is dispersed, or fibrous carbon such as carbon nanotubes and graphite nanofibers are preferable (FIG. 4 (c)).
【００４８】前記引き出し電極2とカソード電極3の間隔
ｄは、前述したとおり、用いる電子放出材料の電子放出
電界（X方向電界）と画像形成に必要なZ方向電界との電
界を比較した時に、X方向電界がZ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Vfと間隔ｄを決
めればよい。陽極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10V/μmの範囲に限定される。例
えば、陽極と陰極との間に8kVを2mmの間隔で印加する場
合、この時の縦方向電界は4V／μｍとなる。この場合、
用いるべきエミッタ材料の電子放出電界は4V／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。図1における、引出し電極幅L1は電子放出
させたい領域の幅により決定され素子を用いる用途によ
り決めればよい。電子放出材料の形成領域L2は、駆動時
のVfにおいて電子放出材料の端部E及びE'から電子放出
が起こらないようにL1との兼ね合いで決定される。As described above, the distance d between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 is determined by comparing the electric field between the electron emission electric field (X direction electric field) of the electron emission material used and the Z direction electric field necessary for image formation. The drive voltage Vf and the interval d may be determined so that the X-direction electric field is about 1 to 50 times the Z-direction electric field. When a phosphor is used for the anode, the required vertical electric field is limited to the range of 10 -1 V / μm to 10 V / μm. For example, when 8 kV is applied between the anode and the cathode at an interval of 2 mm, the vertical electric field at this time is 4 V / μm. in this case,
The electron emission electric field of the emitter material to be used is a material having an electron emission electric field larger than 4 V / μm, and its interval and driving voltage may be determined so as to correspond to the selected electron emission electric field. The width L1 of the extraction electrode in FIG. 1 is determined by the width of the region where electrons are desired to be emitted, and may be determined by the use of the device. The formation region L2 of the electron emitting material is determined in consideration of L1 so that the electron emission does not occur from the ends E and E ′ of the electron emitting material at Vf during driving.
【００４９】上記のように、数V／μｍから数十V／μｍ
の電子放出電界を持つ材料として、カーボンを主成分と
する材料が挙げられる。その一例として触媒を用いて炭
化水素ガスを分解して出来る繊維状カーボンを図11、12
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（T
EM）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。As described above, from several V / μm to several tens V / μm
As a material having an electron emission electric field, a material containing carbon as a main component can be mentioned. An example of this is fibrous carbon formed by decomposing hydrocarbon gas using a catalyst as shown in Figs.
Shown in. In each figure, the optical microscope level (~ 1000
2)), the center is a scanning electron microscope (SEM) level (up to 30,000 times), and the right is a transmission electron microscope (T).
The morphology of carbon visible at the (EM) level (up to 1 million times) is schematically shown.
【００５０】図11のようにグラフェンが円筒形状（円筒
形が多重構造になっているものはマルチウォールナノチ
ューブと呼ばれる）の形態をとるものはカーボンナノチ
ューブと呼ばれ、特にチューブ先端を開放させた構造の
時に、最もその閾値が下がる。As shown in FIG. 11, graphene has a cylindrical shape (a cylinder having a multi-layered structure is called a multi-walled nanotube) is called a carbon nanotube, and a tube end is particularly open. At that time, the threshold value drops most.
【００５１】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繊維状カーボンを
図12に示す。この形態の繊維状カーボンはグラフェンの
積層体（このためグラファイトナノファイバーと呼ばれ
ることがあるが、温度によりアモルファス構造の割合が
増加する）で構成されている。Alternatively, FIG. 12 shows fibrous carbon produced at a relatively low temperature using a catalyst similar to carbon nanotubes. This form of fibrous carbon is composed of a graphene laminate (henceforth referred to as graphite nanofibers, but the proportion of the amorphous structure increases with temperature).
【００５２】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。どちらの繊維状カーボンも電子放出に
必要な電界が数V〜数十V／μｍ程度であり、本発明のエ
ミッタ材料として好ましい。Carbon nanotubes and graphite nanofibers differ depending on the type of catalyst and the decomposition temperature, and in some cases it is possible to select substances having both structures with the same catalyst depending on the temperature, or only one structure is possible. It may not be. Both fibrous carbons have an electric field required for electron emission of about several V to several tens V / μm, and are preferable as the emitter material of the present invention.
【００５３】触媒材料としてはFe、Coなどがカーボンナ
ノチューブの形成において一般的に使用されるが、Pd、
Niにおいてもカーボン形成用の核として用いることが出
来る。As the catalyst material, Fe, Co, etc. are generally used in the formation of carbon nanotubes, but Pd,
Ni can also be used as a nucleus for carbon formation.
【００５４】熱分解による気相成長の場合では、特に、
Pd、Niにおいては低温（450℃以上の温度）でグラファ
イトナノファイバーを生成することが可能である。Fe、
Co、を用いたカーボンナノチューブの生成温度は800℃
以上必要なことから、Pd、Niを用いてのグラファイトナ
ノファイバー材料の作成は、低温で可能なため、他の部
材への影響や、製造コストの観点からも好ましい。In the case of vapor phase growth by thermal decomposition,
With Pd and Ni, it is possible to form graphite nanofibers at low temperatures (450 ° C or higher). Fe,
The production temperature of carbon nanotubes using Co is 800 ℃
From the above requirements, the graphite nanofiber material can be produced using Pd and Ni at a low temperature, which is preferable from the viewpoint of the influence on other members and the manufacturing cost.
【００５５】さらにPdにおいては酸化物が水素により低
温（室温）で還元される特性を用いて、核形成材料とし
て酸化パラジウムを用いることが可能である。Further, in Pd, it is possible to use palladium oxide as a nucleating material by utilizing the property that the oxide is reduced by hydrogen at low temperature (room temperature).
【００５６】酸化パラジウムの水素還元処理を行うと、
一般的な核形成技法として従来から使用されている金属
薄膜の熱凝集や、爆発の危険を伴う超微粒子の生成と蒸
着を用いずとも、比較的低温（200℃以下）で初期凝集
核の形成が可能となった。When hydrogen reduction treatment of palladium oxide is performed,
The formation of initial agglomeration nuclei at relatively low temperatures (200 ° C or less) without using thermal agglomeration of metal thin films that have been conventionally used as a general nucleation technique or generation and vapor deposition of ultrafine particles that pose an explosion risk. Became possible.
【００５７】前述の炭化水素ガスとしては例えばエチレ
ン、メタン、プロパン、プロピレンなどの炭化水素ガ
ス、あるいはエタノールやアセトンなどの有機溶剤の蒸
気を用いることもある。As the above-mentioned hydrocarbon gas, for example, hydrocarbon gas such as ethylene, methane, propane and propylene, or vapor of an organic solvent such as ethanol and acetone may be used.
【００５８】上記のように作製した本発明の電子放出素
子を図6に示すような真空装置内に設置し、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L4の位置に陽極(アノード)61を設け、数キ
ロボルトからなる高電圧Vaを印加した。なお、アノード
61には導電性フィルムを被覆した蛍光体62が設置されて
いる。電子放出素子には駆動電圧Vfとして数十V程度か
らなるパルス電圧を印加して流れる素子電流Ifと電子放
出電流Ieを計測した。The electron-emitting device of the present invention produced as described above was placed in a vacuum apparatus as shown in FIG. 6, and was sufficiently evacuated by a vacuum evacuation apparatus 65 until it reached about 10 −4 Pa. A high voltage power source was used to provide an anode 61 at a position with a height L4 of several millimeters from the substrate, and a high voltage Va of several kilovolts was applied. The anode
A phosphor 62 coated with a conductive film is installed at 61. A device voltage If and an electron emission current Ie flowing by applying a pulse voltage of about several tens of V as a driving voltage Vf to the electron emission device were measured.
【００５９】この時、等電位線63は図のように形成さ
れ、最も電界の集中する点は図6及び図2(a)で示される
電子放出材料の最も引き出し電極寄りかつアノード側の
場所E2Aのうち、図2(b)に示す、電子放出材料の引き出
し電極幅L1の近傍である。この電界集中点周辺に位置す
る電子放出材料から優先的に電子が真空中に放出され
る。At this time, the equipotential lines 63 are formed as shown in the figure, and the point where the electric field is most concentrated is the location E2A on the anode side closest to the extraction electrode of the electron emission material shown in FIGS. 6 and 2 (a). Of these, it is in the vicinity of the extraction electrode width L1 of the electron emission material shown in FIG. 2 (b). Electrons are preferentially emitted into the vacuum from the electron emitting material located around the electric field concentration point.
【００６０】本素子の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 characteristic of this device was as shown in FIG. That is, Ie rapidly rises from about half of the applied voltage, and If (not shown) was similar to the characteristic of Ie, but its value was sufficiently smaller than that of Ie.
【００６１】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画像形成装置につ
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。Based on this principle, an image forming apparatus obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices to which the present invention can be applied will be described below with reference to FIG. In FIG. 8, 81 is an electron source substrate, 82 is an X-direction wiring, and 83 is a Y-direction wiring. 84 is the electron-emitting device of the present invention, and 85 is a wire connection.
【００６２】ｍ本のＸ方向配線82は，ＤＸ1，ＤＸ
2，．．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）。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 m X-direction wirings 82 are DX1, DX.
2 ,. ． It is made of DXm and can be made of a conductive metal or the like formed by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. The wiring material, film thickness, and width are appropriately designed.
The Y-direction wiring 83 includes DY1, DY2. ． It is composed of n DYn wirings and is formed similarly to the X-direction wirings 82. Between these m wirings in the X direction 82 and n wirings in the Y direction 83,
An interlayer insulating layer (not shown) is provided to electrically separate the two (m and n are both positive integers). The interlayer insulating layer (not shown) is composed of SiO2 or the like formed by using a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. For example, X-direction wiring
It is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the base body 81 on which the 82 is formed. In particular, the film thickness, material, and manufacturing method are set so as to withstand the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83. It is set appropriately. The X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are drawn out as external terminals.
【００６３】電子放出素子84を構成する引き出し電極及
びカソード電極（不図示、以下素子電極）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。配線82と配
線83を構成する材料、結線85を構成する材料及び素子電
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 extraction electrode and the cathode electrode (not shown, hereinafter referred to as device electrode) constituting the electron-emitting device 84 are m X electrodes.
The direction wirings 82, the n Y-direction wirings 83, and the connecting wires 85 made of a conductive metal or the like are electrically connected. The material forming the wirings 82 and 83, the material forming the connection 85, and the material forming the element electrodes may be the same or different in some or all of the constituent elements. These materials are appropriately selected, for example, from the above-mentioned material of the device electrode. When the material forming the element electrode and the wiring material are the same, the wiring connected to the element electrode can also be referred to as an element electrode.
【００６４】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, the Y-direction wiring 83 is connected to a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the electron-emitting devices 84 arranged in the Y-direction according to an input signal. The driving voltage applied to each electron-emitting device is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the device.
【００６５】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 structure, individual elements can be selected and driven independently by using simple matrix wiring.
【００６６】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 constructed by using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic view showing an example of a display panel of the image forming apparatus. In FIG. 9, 81 is an electron source substrate having a plurality of electron-emitting devices arranged therein, 91 is a rear plate to which the electron source substrate 81 is fixed, and 96 is It is a face plate in which a fluorescent film 94, a metal back 95 and the like are formed on the inner surface of a glass substrate 93. 92
Is a support frame, and a rear plate 91 and a face plate 96 are connected to the support frame 92 by using frit glass or the like. The envelope 97 is, for example, in the atmosphere, in a vacuum, or
It is sealed and formed by baking in nitrogen at a temperature range of 400 to 500 degrees for 10 minutes or more.
【００６７】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は主に基体81の強度を補強する目的で設けられ
るため、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、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 is composed of 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 base body 81, if the base body 81 itself has sufficient strength, the separate rear plate 91 can be omitted. That is, the base
Alternatively, the support frame 92 may be directly sealed to the 81, and the face plate 96, the support frame 92, and the base body 81 may constitute the envelope 97. On the other hand, by installing a support body (not shown) called a spacer between the face plate 96 and the rear plate 91,
The envelope 97 having sufficient strength against atmospheric pressure can also be configured.
【００６８】[0068]
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below.
【００６９】（実施例１）図1(a)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1(a)のA-A'間断面図を示す。図1(c)は図1(a)のB
-B'間断面図である。以下に、図4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。Example 1 FIG. 1 (a) shows the electron-emitting device manufactured according to this example as seen from above the device.
FIG. 1B shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. Figure 1 (c) is B in Figure 1 (a)
It is a sectional view between -B '. Hereinafter, the manufacturing process of the electron-emitting device of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
【００７０】（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及びカソード電極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のポリSi（砒素ドープ）を連続的に蒸着を行なっ
た。(Step 1) A quartz substrate was used as the substrate 1, and after sufficiently washing, Ti and a thickness of 5 nm (not shown) were used as the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 by the sputtering method.
A 30 nm poly-Si (arsenic doped) was continuously deposited.
【００７１】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 the photolithography process, a positive photoresist (AZ1500 / Clariant) was used to form a resist pattern.
【００７２】次に、パターニングした前記フォトレジス
トをマスクとしてポリSi（砒素ドープ）層、Ti層はCF4
ガスを用いてドライエッチングを行い、電極間ｄ=１μm
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4(a)）。Next, using the patterned photoresist as a mask, a poly-Si (arsenic-doped) layer and a Ti layer are CF 4
Dry etching is performed using gas, and the distance between electrodes d = 1 μm
The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 were formed (FIG. 4 (a)).
【００７３】（工程２）次に、犠牲層44としてAlを真空
蒸着により全面に形成し、続いてフォトリソグラフィー
工程で、ポジ型フォトレジストを用いてレジストパター
ン42を形成した（図4(b)）。(Step 2) Next, Al is formed as a sacrificial layer 44 on the entire surface by vacuum vapor deposition, and then a resist pattern 42 is formed using a positive photoresist in a photolithography step (FIG. 4 (b)). ).
【００７４】（工程３）その後パターニングした前記フ
ォトレジスト42をマスクとしウェットエッチングによ
り、電子放出材料を被覆すべき領域の犠牲層41を除去
し、その後フォトレジスト42を剥離した(図4(c))。(Step 3) Then, the patterned photoresist 42 is used as a mask to remove the sacrificial layer 41 in the region to be covered with the electron emission material by wet etching, and then the photoresist 42 is peeled off (FIG. 4 (c)). ).
【００７５】（工程４）続いて、H2希釈したメタン気流
中にて熱フィラメントを併用した加熱処理を行い、全面
に電子放出材料としてダイヤモンド薄膜44を堆積した
（図4(ｄ)）。(Step 4) Subsequently, a heat treatment using a hot filament was performed in a methane stream diluted with H2 to deposit a diamond thin film 44 as an electron emitting material on the entire surface (FIG. 4 (d)).
【００７６】（工程５）犠牲層41と共に不必要な電子放
出材料44を除去し、最終的に図1(a)でL1=50μm、L2=120
μ、図4でｄ=1μmである電子放出素子とした(図4(e))。(Step 5) The unnecessary electron emitting material 44 is removed together with the sacrificial layer 41, and finally L1 = 50 μm and L2 = 120 in FIG.
μ, and an electron-emitting device with d = 1 μm in FIG. 4 was used (FIG. 4 (e)).
【００７７】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62によって2×10 -5Paに到達するま
で十分に排気した、図6に示したよう素子からL4＝2ｍｍ
離れた陽極(アノード)61に、陽極(アノード)電圧として
Va=8kV印加した。この時点でアノードへの電子流がない
のを確認した後、素子に駆動電圧Vf=30V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。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30Vでは電流密度に換算して必要な電子放出電
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。This device is installed in a vacuum device 60 as shown in FIG.
2 x 10 by the vacuum exhaust device 62 -FiveUntil reaching Pa
L4 = 2 mm from the element, as shown in Fig. 6, fully exhausted at
As the anode (anode) voltage to the remote anode (anode) 61,
Va = 8kV was applied. There is no electron flow to the anode at this point
After confirming that, a pulse with driving voltage Vf = 30V is applied to the device.
Measure the device current If and electron emission current Ie flowing by applying voltage.
I measured it. The If and Ie characteristics of the device are as shown in Fig. 7.
It was. That is, Ie rapidly increases from about half the applied voltage.
When Vf is 30 V, the required electron emission
The flow Ie was measured. On the other hand, If was similar to the characteristics of Ie
However, the value was smaller than Ie by one digit or more.
【００７８】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 had a substantially rectangular shape which was elongated in the Y direction and short in the X direction.
【００７９】（実施例２）実施例２として電子放出材料
に繊維状カーボンの集合体を用いた例を示す。以下に、
図13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。(Example 2) As Example 2, an example of using an aggregate of fibrous carbon as an electron emitting material will be described. less than,
The manufacturing process of the electron-emitting device of this example will be described in detail with reference to FIG.
【００８０】（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及びカソード電極3とし
てスパッタ法により厚さ5ｎｍ（不図示）のTi及び厚さ3
0nmのポリSi（砒素ドープ）を連続的に蒸着を行なっ
た。(Step 1) A quartz substrate was used as the substrate 1, and after sufficiently cleaning, Ti and thickness 3 with a thickness of 5 nm (not shown) were formed as the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 by the sputtering method.
0 nm poly-Si (arsenic doped) was continuously deposited.
【００８１】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 the photolithography process, a positive photoresist (AZ1500 / Clariant) was used to form a resist pattern.
【００８２】次に、パターニングした前記フォトレジス
トをマスクとしてポリSi（砒素ドープ）層、Ti層はCF4
ガスを用いてドライエッチングを行い、電極間ｄ=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13(a)）。Next, using the patterned photoresist as a mask, the poly-Si (arsenic-doped) layer and the Ti layer are CF 4
Dry etching is performed using gas and the distance between electrodes d = 5 μm
The extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 were formed (FIG. 13 (a)).
【００８３】（工程２）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を用いてレジストパターン
131を形成した。パターニングした前記フォトレジスト1
31をマスクとし、電子放出材料を被覆すべき領域に、後
述の電子放出材料成長の触媒132としてPdをスパッタ法
に蒸着した（図13(b)）。(Step 2) Next, in a photolithography step, a resist pattern is formed using a positive photoresist.
131 was formed. The patterned photoresist 1
Using 31 as a mask, Pd was vapor-deposited by a sputtering method in a region to be covered with the electron emission material as a catalyst 132 for growing the electron emission material described later (FIG. 13 (b)).
【００８４】（工程３）レジスト剥離後、大気中300℃
で熱処理を行い、Pdを酸化パラジウムとして10nmの厚さ
に形成した(図13(c))。(Step 3) After stripping the resist, 300 ° C. in air
Then, heat treatment was performed in order to form Pd as palladium oxide to a thickness of 10 nm (FIG. 13 (c)).
【００８５】（工程４）次に、大気を排気後、窒素で希
釈した2％水素気流中で200℃にて熱処理を行った。この
段階で素子表面には粒子の直径が約10nm程の微粒子133
が形成された。この時の粒子の密度は約1011〜1012個／
cm2と見積もられた（図13(d)）。(Step 4) Next, after exhausting the atmosphere, a heat treatment was performed at 200 ° C. in a 2% hydrogen stream diluted with nitrogen. At this stage, fine particles 133 with a diameter of about 10 nm are formed on the device surface.
Was formed. The density of particles at this time is about 10 11 to 10 12 particles /
It was estimated to be cm 2 (Fig. 13 (d)).
【００８６】（工程５）続いて、H2希釈した50％エチレ
ン気流中で500℃、30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、Pd塗布領域に直径10nm〜60nm
程度で、屈曲しながら繊維状に伸びた多数の繊維状カー
ボン134が形成されているのがわかった。このとき繊維
状カーボン134の厚さは約1μmとなっていた（図13
(e)）。(Step 5) Subsequently, heat treatment was carried out at 500 ° C. for 30 minutes in a 50% ethylene stream diluted with H 2. Observing this with a scanning electron microscope, the Pd coating area has a diameter of 10 nm to 60 nm.
It was found that a large number of fibrous carbons 134, which were bent and extended into fibrous shapes, were formed to some extent. At this time, the thickness of the fibrous carbon 134 was about 1 μm (Fig. 13
(e)).
【００８７】実施例１と同様にしてIf、Ieの計測を行っ
た。実施例１よりも電極間距離ｄを広げたにも関わら
ず、駆動に必要な電圧Vfが低下した。If and Ie were measured in the same manner as in Example 1. Although the distance d between the electrodes was increased as compared with Example 1, the voltage Vf required for driving decreased.
【００８８】電子放出に必要な電界及び放出電流は成長
条件を変えることで変化させることが可能であった。特
に酸化パラジウムを還元処理して出来るPdの平均粒径
が、その後の成長で出来る繊維の直径と関連している。The electric field and emission current required for electron emission could be changed by changing the growth conditions. In particular, the average particle size of Pd formed by reduction treatment of palladium oxide is related to the diameter of the fiber formed in the subsequent growth.
【００８９】この素子のカーボン繊維を透過電顕で観察
したところ、グラフェンが図12の右に示すように積層さ
れた構造であった。When the carbon fiber of this device was observed by a transmission electron microscope, it was found that graphene had a structure in which it was laminated as shown in the right side of FIG.
【００９０】（実施例３）実施例３に係る電子放出素子
の断面図を図14に示す。本実施例の素子の平面図は図1
(a)と同様である。本実施例では実施例１におけるカソ
ード電極3の厚さを500nm、に形成した以外は実施例１と
同様にして電子放出素子の作製を行い、If、Ieの計測を
行った。(Embodiment 3) A sectional view of an electron-emitting device according to Embodiment 3 is shown in FIG. The plan view of the device of this example is shown in FIG.
Same as (a). In this example, an electron-emitting device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the cathode electrode 3 in Example 1 was 500 nm, and If and Ie were measured.
【００９１】本素子構成により、カソード電極を厚くす
ることで、少なくともカソード電極の厚さ分に相当する
位置からは電子放出は起こらないため、電子放出位置を
ゲート電極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、電子がゲートに衝
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る。According to this element structure, by thickening the cathode electrode, no electron emission occurs from a position corresponding to at least the thickness of the cathode electrode, so that the electron emission position is surely higher than the gate electrode ( Could be the anode side). With this configuration, the number of trajectories of electrons colliding with the gate is reduced, and it is possible to prevent the phenomenon that the efficiency is lowered and the beam diameter is increased.
【００９２】（実施例４）実施例４に係る電子放出素子
の断面図を図15に示す。本実施例の素子の平面図は図1
(a)と同様である。本実施例では電子放出材料をカソー
ド電極３ら、ゲート電極2とカソード電極3間dのほぼ中
間位置まで形成した。(Embodiment 4) A sectional view of an electron-emitting device according to Embodiment 4 is shown in FIG. The plan view of the device of this example is shown in FIG.
Same as (a). In this embodiment, the electron emitting material is formed from the cathode electrode 3 to almost the middle position between the gate electrode 2 and the cathode electrode 3.
【００９３】本実施例では製造方法は、実施例２とほと
んど同様な方法であり、実施例２との相違点は工程2の
レジストパターンの形状を変化させたのみである。触媒
となるPdをカソード電極上から石英基板上まで形成した
以外の工程は、実施例２と同様である。In this embodiment, the manufacturing method is almost the same as that of the second embodiment, and the only difference from the second embodiment is that the shape of the resist pattern in step 2 is changed. The process is the same as in Example 2 except that Pd, which serves as a catalyst, is formed from the cathode electrode to the quartz substrate.
【００９４】本素子では実施例２と比較して電極間距離
dが小さい分、引出し電極と電子放出材料間の電界が約2
倍程度強い。このため駆動の電圧を低下させることが可
能となった。In this device, the distance between the electrodes is larger than that in the second embodiment.
Since d is small, the electric field between the extraction electrode and the electron emission material is about 2
About twice as strong. Therefore, the driving voltage can be reduced.
【００９５】（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。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
発明の本発明の電子放出素子、85は結線である。Example 5 An image forming apparatus obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices to which the present invention can be applied is shown in FIG.
This will be described using 8, 9, and 10. In FIG. 8, 81 is an electron source substrate, 82 is an X-direction wiring, and 83 is a Y-direction wiring. Reference numeral 84 is an electron-emitting device of the present invention, and 85 is a wire connection.
【００９６】複数配置したことに伴う素子の容量が増大
すると、図8に示すマトリクス配線においては、パルス
幅変調に伴う短いパルスを加えても容量成分により波形
がなまり、期待した階調が取れないなどの問題が生じ
る。このため本実施例では実施例１に示したように電子
放出部のすぐ脇に、層間絶縁層を配し、電子放出部以外
での容量性分の増加を低減する構造を採用した。When the capacitance of the element increases due to the arrangement of a plurality of elements, in the matrix wiring shown in FIG. 8, even if a short pulse accompanying the pulse width modulation is applied, the waveform is blunted by the capacitance component, and the expected gradation cannot be obtained. Such problems occur. For this reason, in the present embodiment, as shown in the first embodiment, an interlayer insulating layer is provided immediately next to the electron emitting portion to adopt a structure in which an increase in the capacitive component other than the electron emitting portion is reduced.
【００９７】図8においてｍ本のＸ方向配線82はＤＸ1，
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100μｍ，ＤＹ1，Ｄ
Ｙ2．．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, m wirings in the X direction 82 are DX 1 ,
DX 2 ,. ． It is made of DX m and is made of an aluminum-based wiring material having a thickness of about 1 μm and a width of 300 μm formed by a vapor deposition method. The wiring material, film thickness, and width are appropriately designed.
The Y-direction wiring 83 has a thickness of 0.5 μm, a width of 100 μm, DY 1 , D
Y 2 . ． It is composed of n wirings of DY n and is formed similarly to the X-direction wiring 82. These m X-direction wires 82 and n Y wires
An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the directional wiring 83 and the directional wiring 83 to electrically separate the two (m and n are both positive integers).
【００９８】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
を形成した基体81の全面或は一部に所望の形状で形成さ
れ，特に，Ｘ方向配線82とＹ方向配線83の交差部の電位
差に耐え得るように，本実施例では1素子当たりの素子
容量が1ｐF以下、素子耐圧30Vになるように層間絶縁層
の厚さが決められた。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 with a thickness of about 0.8 μm by using the sputtering method or the like. X-direction wiring 82
In this embodiment, in order to withstand the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83, it is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the base body 81 on which the elements are formed. The thickness of the interlayer insulating layer was determined so that the capacitance was 1 pF or less and the device breakdown voltage was 30V. The X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are
Each is pulled out as an external terminal.
【００９９】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。The pair of electrodes (not shown) constituting the emitting element 84 of the present invention are m X-direction wirings 82 and n Y-direction wirings.
It is electrically connected to 83 by a connecting wire 85 made of a conductive metal or the like.
【０１００】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方向配線は高電位、Ｘ方向配線は低電位になる
ように接続された。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting the 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 generating means (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 is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the device. In the present invention, the Y-direction wiring is connected to have a high potential and the X-direction wiring is connected to have a low potential.
【０１０１】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 structure, individual elements can be selected and driven independently by using simple matrix wiring.
【０１０２】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図9を用いて説
明する。図9は、ガラス基板材料としてソーダライムガ
ラスを用いた画像形成装置の表示パネルを示す図であ
る。An image forming apparatus constructed by using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing a display panel of an image forming apparatus using soda lime glass as a glass substrate material.
【０１０３】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。98は外囲器であり、真空中で、450度の温度範囲で1
0分焼成することで、封着して構成される。In FIG. 9, 81 is an electron source substrate having a plurality of electron-emitting devices, 91 is a rear plate to which the electron source substrate 81 is fixed, and 96 is a glass substrate 93 on which a fluorescent film 94 and a metal back 95 are formed. Face plate. Reference numeral 92 is a support frame, and the rear plate 91 and the face plate 96 are connected to the support frame 92 by using frit glass or the like. 98 is an envelope, in vacuum, in the temperature range of 450 degrees 1
By firing for 0 minutes, it is sealed and configured.
【０１０４】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 the pair of device electrodes of the electron-emitting device of the present invention.
【０１０５】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 is composed of 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, the envelope 98 having sufficient strength against atmospheric pressure was constructed.
【０１０６】メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の
内面側表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」と呼
ばれる。）を行い、その後Alを真空蒸着等を用いて堆積
させることで作られた。The metal back is produced by producing a fluorescent film, smoothing the inner surface of the fluorescent film (usually called “filming”), and then depositing Al using vacuum deposition or the like. Was given.
【０１０７】フェースプレート96には、更に蛍光膜94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。A transparent electrode (not shown) is provided on the face plate 96 on the outer surface side of the fluorescent film 94 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 94.
【０１０８】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 the above-mentioned sealing is performed, in the case of color, it is necessary to associate each color phosphor with the electron-emitting device.
Sufficient alignment is essential.
【０１０９】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、8ｋVのアノード電圧、アノ
ード間距離2mmの時は、200μｍ、ゲート側に偏移した位
置に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, when the anode voltage is 8 kV and the distance between the anodes is 2 mm, it is 200 μm, and the phosphor corresponding to the position deviated to the gate side. Was placed.
【０１１０】図10を参照して本発明の画像形成装置の駆
動装置について説明する。The drive device of the image forming apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
【０１１１】走査回路102について説明する。同回路
は、内部にM個のスイッチング素子を備えたもので（図
中，S1ないしSmで模式的に示している）ある。各スイッ
チング素子は、直流電圧源Vxの出力電圧もしくは0[V]
（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネ
ル101の端子Dx1ないしDxmと電気的に接続される。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F
ETのようなスイッチング素子を組み合わせることにより
構成することができる。The scanning circuit 102 will be described. The circuit has M switching elements inside (indicated by S1 to Sm in the figure). Each switching element is the output voltage of the DC voltage source Vx or 0 [V]
One of (ground level) is selected and electrically connected to the terminals Dx1 to Dxm 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 is, for example, F
It can be configured by combining switching elements such as ET.
【０１１２】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 direct-current voltage source Vx has a driving voltage applied to an unscanned element based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the electron-electron emitting element of the present invention, and the electron emission threshold is It is set to output a constant voltage that is less than or equal to the value voltage.
【０１１３】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 image signal input from the outside. The control circuit 103 generates control signals Tscan, Tsft, and Tmry for each unit based on the synchronization signal Tsync sent from the synchronization signal separation circuit 106.
【０１１４】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 sync signal separation circuit 106 is a circuit for separating the sync signal component and the luminance signal component from the NTSC system television signal input from the outside, and uses a general frequency separation (filter) circuit or the like. Can be configured. The sync signal separated by the sync signal separation circuit 106 is composed of a vertical sync signal and a horizontal sync signal, but is illustrated here as a Tsync signal for convenience of description. The luminance signal component of the image separated from the television signal is represented as a DATA signal for convenience. The DATA signal is input to the shift register 104.
【０１１５】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 serially input in time series for each line of the image.
It operates based on the control signal Tsft sent from 103 (that is, it can be said that the control signal Tsft is the shift clock of the shift register 104). The serial / parallel converted image data for one line (corresponding to drive data for N electron emission elements) is output from the shift register 104 as N parallel signals Id1 to Idn.
【０１１６】ラインメモリ105は、画像1ライン分のデー
タを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、制
御回路113より送られる制御信号Tmryに従って適宜Id1乃
至Idnの内容を記憶する。記憶された内容は、I'd1乃至
I'dnとして出力され、変調信号発生器107に入力され
る。The line memory 105 is a storage device for storing data for one line of the image only for a required time, and stores the contents of Id1 to Idn as appropriate in accordance with the control signal Tmry sent from the control circuit 113. The stored contents are I'd1 through
It is output as I'dn and input to the modulation signal generator 107.
【０１１７】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111内の本発
明の電子電子放出素子に印加される。The modulation signal generator 107 is a signal source for appropriately driving and modulating each of the electron electron-emitting devices of the present invention according to each of the image data I'd1 to I'dn, and its output signal is , Terminals Doy1 to Doyn are applied to the electron-electron emitting device of the present invention in the display panel 111.
【０１１８】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Vmを変化
させる事により出力電子ビームの強度を制御することが
可能である。また、パルスの幅Pwを変化させることによ
り出力される電子ビームの電荷の総量を制御する事が可
能である。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, the electron emission has a clear threshold voltage Vth, and the electron emission occurs only when a voltage higher than Vth is applied. For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold value, the emission current also changes according to the change in the voltage applied to the device. Therefore, when a pulsed voltage is applied to this element, for example, electron emission does not occur even if a voltage below the electron emission threshold is applied, but when a voltage above the electron emission threshold is applied, an electron beam is emitted. Is output. At that time, the intensity of the output electron beam can be controlled by changing the peak value Vm of the pulse. Further, it is possible to control the total amount of charges of the electron beam output by changing the pulse width Pw.
【０１１９】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器107として、一定長さの電圧パルス
を発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高
値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることが
できる。Therefore, as a method of modulating the electron-emitting device according to the input signal, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be adopted. When carrying out the voltage modulation method, as the modulation signal generator 107, a voltage modulation method circuit that generates a voltage pulse of a fixed length and appropriately modulates the peak value of the pulse according to the input data is used. be able to.
【０１２０】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器107として、一定の波高値の電圧パルス
を発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの
幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いるこ
とができる。When implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 107, it is possible to use a circuit of a pulse width modulation system that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data.
【０１２１】シフトレジスタ104やラインメモリ105は、
デジタル信号式を用いた。The shift register 104 and the line memory 105 are
A digital signal system was used.
【０１２２】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 the present embodiment, the modulation signal generator 107 includes
For example, a D / A conversion circuit is used, and an amplification circuit or the like is added if necessary. In the case of the pulse width modulation method, the modulation signal generator 107 includes, for example, a high-speed oscillator and 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. A circuit combining (comparator) was used.
【０１２３】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついては、NTSC方式を挙げたが入力信号はこれに限られ
るものではなく、PAL,SECAM方式など他、これよりも、
多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、MUSE方式をは
じめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。The configuration of the image forming apparatus described here is an example of the image forming apparatus to which the present invention can be applied, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. As for the input signal, the NTSC method was mentioned, but the input signal is not limited to this, other than PAL, SECAM method, etc.
A TV signal (for example, high-definition TV such as MUSE method) system including a large number of scanning lines can also be adopted.
【０１２４】[0124]
【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、電子ビームの広がりを抑制した電子
源が得られる。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。As described above, by using the electron-emitting device according to the present invention, an electron source in which the spread of the electron beam is suppressed can be obtained. Further, since the image forming apparatus is composed of the electron source and forms an image based on an input signal, a higher definition image forming apparatus, for example, 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】本発明の電子放出素子からの電子放出の様子を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing how electrons are emitted from an electron-emitting device of the present invention.
【図３】本発明の電子放出素子と比較する電子放出素子
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an electron-emitting device for comparison with the electron-emitting device of the present invention.
【図４】本発明の第一実施例の電子放出素子の製造工程
説明のための図である。FIG. 4 is a drawing for explaining the manufacturing process of the electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明による基本的な製造工程説明のための図
である。FIG. 5 is a diagram for explaining a basic manufacturing process 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】本発明による複数電子源を用いた単純マトリク
ス回路の構成例を示す。FIG. 8 shows a configuration example of a simple matrix circuit using a plurality of electron sources 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。FIG. 9 shows 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。FIG. 10 shows 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を
示す。FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of carbon nanotubes.
【図１２】グラファイトナノファイバーの構造を示す概
要図を示す。FIG. 12 shows a schematic diagram showing the structure of graphite nanofibers.
【図１３】本発明の第二実施例の電子放出素子の製造工
程説明のための図である。FIG. 13 is a drawing for explaining the manufacturing process of the electron-emitting device according to the second embodiment of the present invention.
【図１４】本発明の第三実施例の電子放出素子を示す図
である。FIG. 14 is a diagram showing an electron-emitting device according to a third embodiment of the present invention.
【図１５】本発明の第四実施例の電子放出素子を示す図
である。FIG. 15 is a diagram showing an electron-emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１６】従来型のFE電子放出素子を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a conventional FE electron-emitting device.
【図１７】従来型のFE電子放出素子を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a conventional FE electron-emitting device.
【図１８】従来型のFE電子放出素子を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a conventional FE electron-emitting device.
１ 基板 ２ 引き出し電極（ゲート電極） ３ カソード電極 ４ 電子放出材料 ６１ 陽極 ８１ 電子源基体 ８２ Ｘ方向配線 ８３ Ｙ方向配線 ８４ 電子放出素子（電子放出部） ９４ 蛍光膜 １０２ 走査回路 １０３ 制御回路 １０７ 変調信号発生器 1 substrate 2 Extraction electrode (gate electrode) 3 cathode electrode 4 Electron emission material 61 Anode 81 Electron source substrate 82 X-direction wiring 83 Y direction wiring 84 Electron-emitting device (electron-emitting portion) 94 Fluorescent film 102 scanning circuit 103 control circuit 107 Modulation signal generator
Claims (11)
極を有し、 前記一対の電極は、相対的に正電位と負電位がそれぞれ
印加される第１及び第２の電極とからなり、 前記第２の電極は電子を放出する電子放出部を含み、 前記基板の上方からみて、前記間隙を介して前記第２の
電極に対向する側の、前記第１の電極の幅よりも、前記
間隙を介して前記第１の電極に対向する側の、前記電子
放出部の幅が大きいことを特徴とする電子放出素子。1. A pair of electrodes facing each other with a gap interposed on a substrate, wherein the pair of electrodes includes a first electrode and a second electrode to which a positive potential and a negative potential are relatively applied, respectively. The second electrode includes an electron emitting portion that emits electrons, and the width of the first electrode on the side facing the second electrode through the gap when viewed from above the substrate is larger than the width of the first electrode. An electron-emitting device characterized in that the width of the electron-emitting portion on the side facing the first electrode via the gap is large.
電極部材と、該電極部材の上に積層され、電子放出部を
形成する電子放出部材とを含むことを特徴とする請求項
１に記載の電子放出素子。2. The second electrode includes an electrode member provided on a substrate, and an electron emitting member that is stacked on the electrode member and forms an electron emitting portion. 1. The electron-emitting device according to item 1.
加えて前記電極部材と前記第１の電極との間隙内にも形
成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子放
出素子。3. The electron emission member according to claim 2, wherein the electron emission member is formed not only on the electrode member but also in a gap between the electrode member and the first electrode. element.
よって構成されてい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 electron emission portion is made of a material containing carbon as a main component.
An electron-emitting device according to any one of 1.
ーボンの集合体であることを特徴とする請求項４に記載
の電子放出素子。5. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the material containing carbon as a main component is an aggregate of fibrous carbon.
ファイバー，カーボンナノチューブ及びアモルファスカ
ーボンのいずれか又は、これらの混合物からなることを
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 fibrous carbon is made of any one of graphite nanofibers, carbon nanotubes and amorphous carbon, or a mixture thereof.
モンド，テトラヘドラルアモルファスカーボン，金属及
び半導体のうちから選択された少なくとも一つを含むこ
とを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子。7. The electron emission according to claim 4, wherein the material containing carbon as a main component includes at least one selected from diamond, tetrahedral amorphous carbon, metal and semiconductor. element.
放出素子を複数個並列に配置し、結線した少なくとも１
列以上の素子列と、 前記素子列に対向して設けられ、前記電子放出素子から
放出された電子を加速させる陽極と、 を備えたことを特徴とする電子源。8. At least one of the electron-emitting devices according to claim 1 arranged in parallel and connected.
An electron source comprising: a plurality of rows of elements, and an anode provided to face the rows of elements and accelerating electrons emitted from the electron-emitting devices.
がマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求
項８に記載の電子源。9. The electron source according to claim 8, wherein wirings for driving the electron-emitting devices are arranged in a matrix.
る画像形成部材と、 入力される情報信号に応じて前記電子放出素子から放出
される電子量を制御する駆動装置と、 を含む画像形成装置。10. The electron source according to claim 8 or 9, an image forming member that forms an image by the electrons accelerated by the anode, and the electron emitting device emits the electron according to an input information signal. An image forming apparatus including: a drive device that controls the amount of electrons.
り蛍光を発する蛍光体を含むことを特徴とする請求項１
０に記載の画像形成装置。11. The image forming member includes a phosphor that emits fluorescence upon collision of electrons.
The image forming apparatus according to item 0.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001239898A JP2003051243A (en) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | Electron discharging element, electron source and imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001239898A JP2003051243A (en) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | Electron discharging element, electron source and imaging device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003051243A true JP2003051243A (en) | 2003-02-21 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7109663B2 (en) | 2003-06-11 | 2006-09-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emission device, electron source, and image display having dipole layer |
| US7583016B2 (en) | 2004-12-10 | 2009-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Producing method for electron-emitting device and electron source, and image display apparatus utilizing producing method for electron-emitting device |
| US7811625B2 (en) | 2002-06-13 | 2010-10-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing electron-emitting device |
-
2001
- 2001-08-07 JP JP2001239898A patent/JP2003051243A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7259520B2 (en) | 2003-06-11 | 2007-08-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron emission device, electron source, and image display having dipole layer |
| US7682213B2 (en) | 2003-06-11 | 2010-03-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing an electron emitting device by terminating a surface of a carbon film with hydrogen |
| US7583016B2 (en) | 2004-12-10 | 2009-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Producing method for electron-emitting device and electron source, and image display apparatus utilizing producing method for electron-emitting device |
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