JP2003051245A - Electron-emission element, electron source, imaging device and manufacturing method of electron-emission element - Google Patents

Electron-emission element, electron source, imaging device and manufacturing method of electron-emission element

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JP2003051245A
JP2003051245A JP2001239900A JP2001239900A JP2003051245A JP 2003051245 A JP2003051245 A JP 2003051245A JP 2001239900 A JP2001239900 A JP 2001239900A JP 2001239900 A JP2001239900 A JP 2001239900A JP 2003051245 A JP2003051245 A JP 2003051245A
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electron
cathode
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emitting
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Shin Kitamura
伸 北村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron-emission element, an electron source, and an imaging device where numbers of electron-emitting points are numerous, and where spread of an electron beam can be suppressed, and to provide a manufacturing method of the electron-emission element. SOLUTION: If the width of the whole region in which electron-emitting materials 4 are formed is taken as L2 and a width of a side face facing a cathode electrode 3 in an extraction electrode 2 is taken as L1, an equation is made as L2>L1. Furthermore, limited in a range of L1, regions, in which cathode electrodes 3 without the existence of the electron-emitting material 4 are made to be plurally installed. In other words, within the range of the width L1, facing the extraction electrode 2 out of the width L2 of the whole region where the electron-emitting materials 4 are formed, the regions in which the electron-emitting materials 4 are formed and the regions, in which the cathode electrodes 3 are exposed without forming the electron-emitting material 4, are alternately installed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子の放出を行う
電子放出素子及び電子源及び画像形成装置及び電子放出
素子の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device that emits electrons, an electron source, an image forming apparatus, and a method of manufacturing an electron-emitting device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、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。しかし、これは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る。
従って、自発光型の表示装置の実用化が望まれてきてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, in an image forming apparatus such as a display device, a flat panel display device using a liquid crystal has been widely used instead of a CRT. However, since this is not a self-luminous type, there is a problem that it is necessary to have a backlight.
Therefore, practical application of a self-luminous display device has 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、消費電力の低減や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 the metal,
It is attracting attention as one of cold electron sources. If an FE type cold electron source is put to practical use, a thin self-luminous image display device becomes possible, which contributes to reduction in power consumption and weight reduction.

【０００４】ＦＥ型電子放出素子の一般的な例として、
図１６に示すものがある。図１６は従来技術に係る電子
放出素子の斜視図である。図１６に示す電子放出素子
は、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である。As a general example of the FE type electron-emitting device,
There is one shown in FIG. FIG. 16 is a perspective view of an electron-emitting device according to a conventional technique. In the electron-emitting device shown in FIG. 16, an emitter 165 has a shape of a cone or a quadrangular pyramid in a substantially vertical direction from a substrate 161, and an insulating layer 163 is provided around the emitter 165.
This is a so-called vertical FE in which the gate electrodes 164 separated by are arranged.

【０００５】例えば、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙ
ｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ ｔｈｉｎ−ｆ
ｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄ
ｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅ
ｓ”，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。For example, C.I. A. Spindt, "Phy
social Properties of thin-f
ilm field emission cathod
es with mollybdenum cone
s ", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1
This is the one disclosed in 976) (hereinafter Spindt type).

【０００６】この動作原理は、ゲート電極１６４にエミ
ッタ１６５に対して正の電圧を印加すると、先鋭化され
たエミッタ１６５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。The operating principle is that when a positive voltage is applied to the gate electrode 164 with respect to the emitter 165, electric field concentration occurs at the tip of the sharpened emitter 165, and electrons are emitted.

【０００７】また、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。[0007] In recent years, an electron-emitting device has been actively developed which uses a material having a low voltage necessary for emitting electrons, such as diamond and carbon fiber (including carbon nanotube, graphite nanofiber, etc.), as an emitter. Is.

【０００８】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があ
る。また、図１７に示すようなものもある。図１７は従
来技術に係る電子放出素子の斜視図である。For example, there is a structure in which the emitter of a Spindt-type electron-emitting device is replaced with an aggregate of carbon fibers. There is also a device as shown in FIG. FIG. 17 is a perspective view of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【０００９】図１７に示す電子放出素子は、エミッタが
基板１７１と平行に形成されており、エミッタに設けら
れるカーボンファイバー１７５の先端を、加工により先
鋭化している。また、エミッタに対向するゲート電極１
７４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（ＵＳＰ４７２８
８５１等）。In the electron-emitting device shown in FIG. 17, the emitter is formed parallel to the substrate 171, and the tip of the carbon fiber 175 provided on the emitter is sharpened by processing. Also, the gate electrode 1 facing the emitter
There is disclosed a horizontal FE in which a cathode faces 74, and a collector 176 (referred to as an anode in this case) is formed in a direction orthogonal to a direction in which electrons are extracted (USP4728).
851).

【００１０】なお、図１７中、１７３は絶縁層、１７７
はビーム形状，１７９はカーボンファイバー１７５の先
端から放出された電子，１７８は放出された電子のうち
コレクタ１７６に向かう電子，１７０は放出された電子
のうちゲート電極に吸収される電子を示している。In FIG. 17, 173 is an insulating layer and 177.
Is a beam shape, 179 is an electron emitted from the tip of the carbon fiber 175, 178 is an electron emitted toward the collector 176, and 170 is an emitted electron absorbed by the gate electrode. .

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。However, in the case of the above-mentioned prior art, the following problems have occurred.

【００１２】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ている。従っ
て、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、より小さくする要求
が発生している。In recent years, image forming apparatuses such as self-luminous image display apparatuses are required to have higher resolution. Therefore, there is a demand for a smaller area where the electron beams from the individual electron-emitting devices reach the anode having the phosphor.

【００１３】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はカソー
ド電極、１６３は絶縁層、１６４はゲート電極、１６５
はエミッタである。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 cathode electrode, 163 is an insulating layer, 164 is a gate electrode, and 165.
Is the emitter.

【００１４】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−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ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。Generally, the operating voltage of the device (voltage between the emitter and the electrode that gives a positive potential to the emitter) Vf
Is determined by the electric field at the tip of the emitter that is guided by the Poisson equation, and the current density of the electron emission current that follows a relational expression called the Fowler-Nordheim equation using the electric field and the work function of the emitter as parameters.

【００１５】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 for giving a positive potential to the emitter (a gate electrode in the three-electrode configuration of cathode, anode and gate. Two electrodes without 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 tip of the emitter, the larger the electric field obtained.

【００１６】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
１６５とゲート１６４間にＶｆを印荷すると、エミッタ
１６５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 structure will be described with reference to FIG. In the case of the Spindt type described above, when Vf is loaded between the emitter 165 and the gate 164, the electric field at the tip of the protrusion of the emitter 165 is increased, and electrons are taken out from the vicinity of the tip of the cone into a vacuum.

【００１７】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。Since the electric field at the tip of the emitter is formed with a certain finite area so as to follow the shape of the tip of the emitter, the electrons 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.

【００１８】その結果、大きな角度成分を持つ電子は結
果的にゲート１６４の方向に引き出される。As a result, electrons having a large angular component are eventually extracted toward the gate 164.

【００１９】結果、円形のゲートが形成されている場合
に、図中アノード１６６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, it is shown that the shape of the obtained beam is closely related to the shape of the gate to be extracted and the distance from the emitter.

【００２０】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 shape of the gate virtually, 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 the electrons are drawn out is 360 degrees and gradually decreases. I understand.

【００２１】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。The maximum size Xd in the X direction of the electron beam obtained on the anode (for example, the maximum reach distance from the center of the circular beam shape 167 in FIG. 16) is proportional to √ (Vf / Va) in a simple calculation. As is clear from this relationship, the beam diameter increases as Vf increases toward the positive potential side.

【００２２】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。Further, the electrons that have been drawn out in the direction of the gate and have reached the gate electrode cause a current loss, leading to an increase in power consumption.

【００２３】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。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 occurs in the conventional structure in which the electron beam spreads.

【００２４】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。In order to suppress the spread of the electron beam, an image forming apparatus using a cold cathode has a focusing electrode (an appropriate negative potential is applied to the gate) for narrowing the electron beam between the gate and the anode. There are those that have
Positioning of the cold cathode, the gate electrode, and the focusing electrode is required, which complicates the manufacturing method.

【００２５】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。Up to now, the Spindt type FE type element has been described, but in the case of using the carbon fiber for the convex emitter 165 in the element as shown in FIG. 16 (including an aggregate of fine carbon fibers). Is also the same.

【００２６】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。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.

【００２７】以上のように、ゲート電極に開けた孔内に
カーボンファイバーのようなエミッタを配置する縦型Ｆ
Ｅ構造は高精細な画像形成装置を実現するために不利で
ある事が分かる。As described above, the vertical type F in which the emitter such as carbon fiber is arranged in the hole formed in the gate electrode.
It can be seen that the E structure is disadvantageous for realizing a high definition image forming apparatus.

【００２８】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。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.

【００２９】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、及び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分かってい
る。Further, according to the knowledge of the applicants, a material having a low emission voltage is used for the emitter to reduce the emission voltage, the position of the emission point, the electric field applied between the emitter and the gate electrode, and the emitter and the anode. By adjusting the electric field applied between them, it has been known that the electrons colliding with the gate electrode can be controlled and the spread of the electron beam can be reduced.

【００３０】電子放出素子のエミッタとしてカーボンフ
ァイバーを配置する場合に、カーボンファイバーひとつ
ひとつの位置や方向を制御する事は困難であり、製造方
法が繁雑となりコスト増につながってしまう。そこで、
方向は揃っているが高密度にカーボンナノファイバーが
隣接して存在するカーボンファイバーの集合体や、個々
のカーボンファイバー同士の間隔や、方向、形状がラン
ダムであるカーボンファイバーの集合体をそのままエミ
ッタとして用いる事がある。When arranging the carbon fibers as the emitters of the electron-emitting devices, it is difficult to control the position and direction of each carbon fiber, and the manufacturing method becomes complicated and the cost increases. Therefore,
As an emitter, an aggregate of carbon fibers in which the directions are aligned but densely present with adjacent carbon nanofibers, or an aggregate of carbon fibers in which the spacing, direction, and shape of individual carbon fibers are random May be used.

【００３１】しかし、このようなカーボンファイバー集
合体は、カーボンファイバー自体が高い縦横比（アスペ
クト比）を持っているにもかかわらず、隣接するカーボ
ンファイバーとの距離が近いため、ファイバー形状によ
る電界のエンハンス効果を十分に得る事ができない。However, in such a carbon fiber aggregate, although the carbon fiber itself has a high aspect ratio (aspect ratio), the distance between adjacent carbon fibers is short, so that the electric field due to the fiber shape is generated. It is not possible to obtain the full enhancement effect.

【００３２】ランダムな集合体であると、たまたまカー
ボンファイバーが突出した部分において電子が放出され
易くなる。With a random aggregate, electrons are likely to be emitted at the portion where the carbon fibers happen to project.

【００３３】また、両者に共通して、カーボンナノファ
イバー集合体の形成領域の末端部に電子放出が起こりや
すい傾向がある。In both cases, electron emission tends to occur at the end of the carbon nanofiber aggregate formation region.

【００３４】このように、電子放出の起こる点は、カー
ボンファイバー集合体形成領域内においてのある部分か
らのみであり、電子放出点の数を制御する事が困難であ
る。この特性は素子毎に異なり画像形成装置として用い
た場合には、画素毎に輝度が不均一なる恐れがある。ま
た、放出点が少ないと必要な電流を取り出すための電流
密度が増加し、電子放出素子の耐久性の面でも不利であ
る。As described above, the electron emission occurs only from a certain portion within the carbon fiber aggregate formation region, and it is difficult to control the number of electron emission points. This characteristic varies from element to element, and when used as an image forming apparatus, there is a risk that the luminance will be non-uniform for each pixel. Further, if the number of emission points is small, the current density for extracting the necessary current increases, which is also disadvantageous in terms of durability of the electron-emitting device.

【００３５】以上のような理由により、カーボンナノフ
ァイバーの集合体をエミッタとして用いるには、コスト
的には大変有効であるが、画像形成装置を作製する際に
は問題である。For the above reasons, it is very effective in cost to use the aggregate of carbon nanofibers as an emitter, but it is a problem in manufacturing an image forming apparatus.

【００３６】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、電子
放出点の数が多く、電子ビームの広がりを抑制すること
のできる電子放出素子及び電子源及び画像形成装置及び
電子放出素子の製造方法を提供することにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to provide an electron-emitting device having a large number of electron emission points and capable of suppressing the spread of an electron beam. Another object of the present invention is to provide an electron source, an image forming apparatus, and a method for manufacturing an electron-emitting device.

【００３７】[0037]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子放出素子にあっては、基板上に設けら
れ、側面に電子放出材料が形成された陰極と、前記基板
上であって、前記陰極に形成された電子放出材料側に該
電子放出材料と間隙をおいて設けられ、該電子放出材料
から電子を引き出す引き出し電極と、を備え、該引き出
し電極によって引き出した電子を、前記基板に対向して
設けられた陽極に向けて放出させる電子放出素子におい
て、前記引き出し電極における、前記陰極に対向する側
面の幅をＬ１とし、前記陰極上の前記電子放出材料が形
成された領域全体の幅をＬ２とした場合に、Ｌ２＞Ｌ１
を満たすと共に、前記電子放出材料が形成された領域の
うち、前記引き出し電極に対向する幅Ｌ１の範囲内にお
いて、電子放出材料が形成された部分と電子放出材料が
形成されずに陰極が露出した部分を交互に複数設けるこ
とを特徴とする。In order to achieve the above object, in an electron-emitting device of the present invention, a cathode provided on a substrate and having an electron-emitting material formed on a side surface thereof is provided on the substrate. And an extraction electrode provided on the side of the electron emission material formed on the cathode with a gap between the electron emission material and extracting the electron from the electron emission material. In an electron-emitting device that emits light toward an anode provided facing a substrate, a width of a side surface of the extraction electrode facing the cathode is set to L1, and an entire region on the cathode where the electron-emitting material is formed is set. L2> L1 when the width of L2 is L2
In the range of the width L1 facing the extraction electrode in the region where the electron emission material is formed, the portion where the electron emission material is formed and the cathode is exposed without the electron emission material being formed. It is characterized in that a plurality of portions are provided alternately.

【００３８】本発明の構成によれば、電子放出点は、電
子放出材料が形成されずに陰極が露出した部分に隣接す
る、電子放出材料が形成された部分の端部に形成される
ため、複数の電子放出点ができる。そして、Ｌ２＞Ｌ１
を満たすことから放出される電子は狭い領域（Ｌ２）側
に向かうため、電子ビームの広がりを抑制できる。According to the structure of the present invention, the electron emission point is formed at the end of the portion where the electron emitting material is formed, which is adjacent to the portion where the cathode is exposed without forming the electron emitting material. There are multiple electron emission points. And L2> L1
Since the electrons emitted from satisfying the above condition go toward the narrow region (L2) side, the spread of the electron beam can be suppressed.

【００３９】前記電子放出材料は複数の微細突起を有す
るとよい。The electron emitting material may have a plurality of fine protrusions.

【００４０】前記電子放出材料は炭素を主成分とする材
料で構成されるとよい。The electron emitting material may be composed of a material containing carbon as a main component.

【００４１】前記炭素を主成分とする材料は繊維状のカ
ーボンであるとよい。The material containing carbon as a main component is preferably fibrous carbon.

【００４２】前記繊維状のカーボンの材料には、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うちの少なくとも一つを含むとよ
い。The fibrous carbon material may include at least one of graphite nanofibers, carbon nanotubes, and amorphous carbon.

【００４３】前記電子放出材料が形成された領域のう
ち、前記電子放出材料が形成されずに陰極が露出した部
分の幅をＷ１とし、陰極表面から前記電子放出材料の表
面までの高さをＨとした場合に、Ｗ１≧Ｈを満たすとよ
い。In the region where the electron emitting material is formed, the width of the portion where the cathode is exposed without forming the electron emitting material is W1, and the height from the cathode surface to the surface of the electron emitting material is H. In this case, W1 ≧ H should be satisfied.

【００４４】また、本発明の電子源にあっては、上記電
子放出素子を複数個配列して結線した素子列を少なくと
も１列以上有することを特徴とする。Further, the electron source of the present invention is characterized in that it has at least one element array in which a plurality of the electron-emitting devices are arranged and connected.

【００４５】また、本発明の電子源にあっては、上記の
電子放出素子を複数個配列して結線した素子列を少なく
とも１列以上有し、各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。Further, in the electron source of the present invention, there is provided at least one element row in which a plurality of the above-mentioned electron-emitting elements are arranged and connected, and the wiring for driving each element is arranged in a matrix. It is characterized by

【００４６】また、本発明の画像形成装置にあっては、
上記電子源と、該電子源から放出された電子の衝突によ
り発光する蛍光体と、を備えることを特徴とする。In the image forming apparatus of the present invention,
It is characterized by comprising the above-mentioned electron source and a phosphor that emits light by collision of electrons emitted from the electron source.

【００４７】情報信号に基づいて、前記電子源内の電子
放出素子の電子量を制御する手段と、を備えるとよい。Means for controlling the amount of electrons of the electron-emitting device in the electron source based on the information signal.

【００４８】また、本発明の電子放出素子の製造方法に
あっては、絶縁性の基板上に、引き出し電極と、該引き
出し電極と間隙をおいて側面の幅が引き出し電極の幅よ
りも大きな陰極と、を形成する工程と、前記陰極の前記
引き出し電極に対向する側面に、該引き出し電極の幅よ
りも広い範囲に、酸化金属微粒子を形成する工程であっ
て、前記引き出し電極の幅の範囲内では、複数箇所には
前記酸化金属微粒子を形成せずに陰極を露出した部分を
残しつつ、前記酸化金属微粒子を形成する工程と、該酸
化金属微粒子を還元凝集して金属微粒子とする工程と、
該金属微粒子上に繊維状カーボンを成長させる工程と、
を有することを特徴とする。Further, in the method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, the extraction electrode is provided on the insulating substrate, and the cathode whose side face is spaced apart from the extraction electrode and whose width is larger than the width of the extraction electrode. And a step of forming metal oxide fine particles on a side surface of the cathode facing the extraction electrode, in a range wider than the width of the extraction electrode, within the range of the width of the extraction electrode. Then, while leaving the portion where the cathode is exposed without forming the metal oxide fine particles at a plurality of locations, a step of forming the metal oxide fine particles, and a step of reducing and aggregating the metal oxide fine particles to form metal fine particles,
A step of growing fibrous carbon on the metal fine particles,
It is characterized by having.

【００４９】[0049]

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be illustratively described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions of the components described in this embodiment,
Unless otherwise specified, the material, the shape, the relative arrangement, and the like are not intended to limit the scope of the present invention thereto.

【００５０】まず、図面を参照して本発明の実施の形態
に係る電子放出素子の構成と、その動作原理について例
示的に詳しく説明する。First, the structure of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention and the operating principle thereof will be illustratively described in detail with reference to the drawings.

【００５１】図１は本発明の実施の形態に係る電子放出
素子の模式図である。なお、図１（Ａ）は本発明の電子
放出素子の模式的平面図であり、図１（Ｂ）は（Ａ）に
おけるＡ−Ａ’断面図であり、図１（Ｃ）は図１Ａにお
けるＢ−Ｂ’断面図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention. 1A is a schematic plan view of the electron-emitting device of the present invention, FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1A, and FIG. It is a BB 'sectional view.

【００５２】図のように、本実施の形態に係る電子放出
素子は、絶縁基板１上に、引き出し電極（ゲート電極）
２と陰極としてのカソード電極３（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３上の一部に電子放出材料４が配置されて
いる。As shown in the figure, the electron-emitting device according to this embodiment has an extraction electrode (gate electrode) on the insulating substrate 1.
2 and a cathode electrode 3 as a cathode (an electrode that gives a negative potential to the extraction electrode) are electrically independent of each other,
An electron emitting material 4 is arranged on a part of the cathode electrode 3.

【００５３】ここで、本実施の形態の特徴となる、カソ
ード電極３上における電子放出材料４の配置について説
明する。Here, the arrangement of the electron-emitting material 4 on the cathode electrode 3, which is a feature of this embodiment, will be described.

【００５４】（１）電子放出材料４が形成される領域全
体の幅をＬ２とし、引き出し電極２におけるカソード電
極３に対向する側面の幅をＬ１とすると、Ｌ２＞Ｌ１と
なる。(1) If the width of the entire region where the electron emission material 4 is formed is L2 and the width of the side surface of the lead electrode 2 facing the cathode electrode 3 is L1, then L2> L1.

【００５５】（２）Ｌ１の範囲内に限定して、電子放出
材料４を存在させずにカソード電極３を露出させた領域
を複数設けるようにしてある。つまり、電子放出材料４
が形成される領域全体の幅Ｌ２のうち、引き出し電極２
に対向する幅Ｌ１の範囲内において、電子放出材料４が
形成された領域と、電子放出材料４が形成されずにカソ
ード電極３が露出した領域が交互に設けられている。(2) Only within the range of L1, a plurality of regions where the cathode electrode 3 is exposed without providing the electron emitting material 4 is provided. That is, the electron emission material 4
Of the width L2 of the entire region where the
Within the range of the width L1 opposed to, the region where the electron emitting material 4 is formed and the region where the cathode electrode 3 is exposed without forming the electron emitting material 4 are alternately provided.

【００５６】このように構成された電子放出素子の動作
（電子放出の様子）について図６を参照して説明する。
図６は電子放出素子を動作させる構成の一例図である。The operation (state of electron emission) of the electron-emitting device thus configured will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an example of a configuration for operating the electron-emitting device.

【００５７】上述のように構成された電子放出素子を、
図６に示すような真空装置内に設置する。真空装置内に
は、基板から高さＬ４の位置に陽極（以下アノード）６
１が設けられている。The electron-emitting device constructed as described above is
It is installed in a vacuum device as shown in FIG. In the vacuum device, an anode (hereinafter referred to as an anode) 6 is placed at a height L4 from the substrate.
1 is provided.

【００５８】ここで、カソード電極３に対して引き出し
電極２にある正の電圧Ｖｆ、カソード電極３に対してア
ノード６１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６６は図のように形成される。When a positive voltage Vf applied to the extraction electrode 2 is applied to the cathode electrode 3 and a positive voltage Va applied to the anode 61 is applied to the cathode electrode 3 to drive the same, for example, the equipotential lines 66 are formed. It is formed as shown.

【００５９】この場合、最も電界の集中する点は図２
（Ａ）及び図６で示される、電子放出材料４における最
も引き出し電極２側であって、かつアノード６１側の場
所（エッジの部分）となる。In this case, the point where the electric field is most concentrated is shown in FIG.
As shown in (A) and FIG. 6, this is the location (edge portion) that is closest to the extraction electrode 2 side in the electron emission material 4 and is closer to the anode 61 side.

【００６０】さらに、本発明の実施の形態に係る電子放
出素子では、図２（Ｂ）に示すように、引き出し電極２
側からみると、電子放出材料４が形成されている部分と
電子放出材料が形成されずにカソード電極３が露出した
部分が交互にあるために、電子放出材料４の表面側であ
って、かつカソード電極３が露出した部分との境界側の
部分（エッジ部分）に電界集中が起こり、この電界集中
点近傍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。Furthermore, in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG.
Seen from the side, since the part where the electron emitting material 4 is formed and the part where the electron emitting material is not formed and the cathode electrode 3 is exposed are alternately, the surface side of the electron emitting material 4 and Electric field concentration occurs in a portion (edge portion) on the boundary side with the exposed portion of the cathode electrode 3, and electrons are preferentially emitted into the vacuum from the electron emitting material located near the electric field concentration point.

【００６１】このような電界集中の起こる点を増加させ
るには、上記エッジ部分が増えるようにすればよく、電
子放出材料４の集合体の幅Ｗ２（図１（Ｃ）参照）を小
さくして、カソード電極３上に集合体を多数設置すれば
よい。In order to increase the number of points where such electric field concentration occurs, it is sufficient to increase the number of the edge portions, and the width W2 (see FIG. 1C) of the aggregate of the electron emitting material 4 is reduced. A large number of aggregates may be installed on the cathode electrode 3.

【００６２】ここで、有効に電界集中を起こすために
は、電子放出材料４の集合体同士の間隔（カソード電極
３の露出部分の幅）Ｗ１（図１（Ｃ）参照）を、ある程
度取ると良い。Here, in order to effectively concentrate the electric field, the interval W1 between the aggregates of the electron emitting materials 4 (width of the exposed portion of the cathode electrode 3) W1 (see FIG. 1C) is set to some extent. good.

【００６３】電界集中といった意味では、電子放出材料
４の集合体の高さ（カソード電極３の表面から電子放出
材料４の表面までの高さ）Ｈの２倍以上である（Ｗ１≧
２Ｈ）事が望ましい。ただし、実際には、Ｗ１の値は電
子放出材料の耐久性や、Ｌ１内においての電子放出点の
集積度との兼ね合いで決定すればよい。In terms of electric field concentration, the height H of the aggregate of the electron emitting materials 4 (the height from the surface of the cathode electrode 3 to the surface of the electron emitting material 4) is twice or more (W1 ≧).
2H) is desirable. However, in practice, the value of W1 may be determined in consideration of the durability of the electron emission material and the degree of integration of electron emission points in L1.

【００６４】このような電子放出材料４の配置とする事
で、電界が集中しやすい領域を定める事ができ、電子放
出材料自体の形状にさほど依存せず、電子放出点の制御
が可能である。By arranging the electron emitting material 4 as described above, a region where the electric field is easily concentrated can be defined, and the electron emitting point can be controlled without depending on the shape of the electron emitting material itself. .

【００６５】従来技術に係る電子放出素子の場合、例え
ば、引き出し電極の幅Ｌ１よりも、狭い領域に電子放出
材料を配置した場合（Ｌ１＞Ｌ２）には、電子放出材料
の端部から放出された電子が、図３に示すような軌道を
取るため、電子ビームが広がってしまう傾向にある。図
３は従来技術に係る電子放出素子の電子軌道を示す模式
図である。In the case of the electron-emitting device according to the prior art, for example, when the electron-emitting material is arranged in a region narrower than the width L1 of the extraction electrode (L1> L2), the electron-emitting material is emitted from the end portion. Since the electrons take a trajectory as shown in FIG. 3, the electron beam tends to spread. FIG. 3 is a schematic diagram showing electron trajectories of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【００６６】また、電子放出材料がカーボンファイバー
等の集合体である場合には、電界の集中する領域は電子
放出材料の形状に強く依存する事になる。従って、電子
放出点を制御するためには電子放出材料の形状の制御に
精度を必要とする。When the electron emitting material is an aggregate of carbon fibers or the like, the region where the electric field is concentrated strongly depends on the shape of the electron emitting material. Therefore, in order to control the electron emission point, it is necessary to control the shape of the electron emission material with accuracy.

【００６７】また、仮に、図４に示すように、引き出し
電極の幅Ｌ１よりも、狭い領域にのみ電子放出材料の集
合体を複数配置した場合は、一番外側の電子放出材料の
集合体の端部から放出された電子によりやはり電子ビー
ムが広がってしまう傾向にある。図４は本実施の形態に
係る電子放出素子と比較するためのモデルの電子軌道の
様子を示す模式図である。As shown in FIG. 4, if a plurality of electron emitting material aggregates are arranged only in a region narrower than the width L1 of the extraction electrode, the outermost electron emitting material aggregates are The electrons emitted from the ends also tend to spread the electron beam. FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of electron trajectories of a model for comparison with the electron-emitting device according to the present embodiment.

【００６８】本発明の実施の形態に係る電子放出素子で
は、引き出し電極２の幅Ｌ１よりも、電子放出材料４の
形成領域全体の幅Ｌ２を広くとり、かつ、Ｌ１よりも狭
い領域にのみ電界の集中し易い点を設けるようにした。
これにより、電子ビームの広がりを抑制する事が可能で
ある。なお、それぞれの電界集中点から図２（Ｂ）に示
すように放出された電子は、互いの電荷による反発作用
により横方向への広がりが抑制される。In the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, the width L2 of the entire formation region of the electron-emitting material 4 is set wider than the width L1 of the extraction electrode 2, and the electric field is applied only in a region narrower than L1. I made it easy to concentrate.
This makes it possible to suppress the spread of the electron beam. The electrons emitted from the respective electric field concentration points as shown in FIG. 2B are suppressed from spreading in the lateral direction by the repulsive action of the electric charges of each other.

【００６９】次に、図６について、引き出し電極方向に
電子が取り出される電界（ここでは便宜的に、横方向電
界と呼び、電子放出材料の形状による電界の増強効果は
無視する）と、アノードに向かう電界（ここでは縦方向
電界と呼ぶ）について考える。電子放出材料から放出さ
れた電子は最初、横方向電界によって引き出され、ゲー
ト電極方向に向かった後に、縦方向電界によって引き上
げられアノードに到達する。Next, referring to FIG. 6, an electric field in which electrons are extracted in the direction of the extraction electrode (referred to as a lateral electric field here for convenience, and the enhancement effect of the electric field due to the shape of the electron-emitting material is neglected) and an anode. Consider an electric field (referred to here as a vertical electric field). The electrons emitted from the electron-emitting material are first extracted by the lateral electric field, and then are directed toward the gate electrode, and then pulled by the vertical electric field to reach the anode.

【００７０】このとき横方向電界と縦方向電界の強度比
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 horizontal electric field and the vertical electric field and the relative position of the electron emission point are important.

【００７１】横方向電界が、縦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、横方向
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２に向かう軌道をとる。When the lateral electric field is stronger than the longitudinal electric field by an order of magnitude, most of the extracted electrons have their orbits gradually bent by the radial potential formed by the lateral electric field, and the extracted electrodes 2 are caused to bend. Take a trajectory toward you.

【００７２】引き出し電極２に衝突した電子は、散乱に
よって再び放出され、縦方向電界に捉えられるまでは、
何度も楕円に似た軌道を描いて引き出し電極２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。The electrons that have collided with the extraction electrode 2 are emitted again by scattering and are captured by the vertical electric field.
While repeatedly drawing an orbit resembling an ellipse and spreading on the extraction electrode 2, the number of electrons is reduced and scattering is repeated.

【００７３】本発明の実施の形態に係る電子放出素子で
は、横方向電界と縦方向電界が同程度にする事で、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、引き出し
電極２に衝突することなしに縦方向電界に捉えられる電
子軌道を出現させる事が可能である。In the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, by making the horizontal electric field and the vertical electric field to be approximately the same, the extracted electrons have their orbits bent by the radial potential, but are bound by the electric field. Becomes loose, and it is possible to make electron trajectories captured by the vertical electric field without colliding with the extraction electrode 2.

【００７４】さらに、横方向電界と縦方向電界が同程度
の時、電子の放出点位置を、引き出し電極２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６参
照）と、放出された電子は全く引き出し電極２に衝突せ
ずに、縦方向電界に捉えられる軌道を描くことが可能で
ある。Further, when the horizontal electric field and the vertical electric field are approximately the same, when the electron emission point position is raised from the plane to which the extraction electrode 2 belongs to the plane side to which the anode belongs (see FIG. 6), the emitted electrons are emitted. Can draw a trajectory captured by a vertical electric field without colliding with the extraction electrode 2 at all.

【００７５】以上のように、本発明の実施の形態に係る
電子放出素子によれば、電界集中点を制御して電子放出
点の数を増加させ、かつ電子ビームの広がりを抑制する
事が可能である。As described above, according to the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, it is possible to control the electric field concentration point to increase the number of electron-emitting points and suppress the spread of the electron beam. Is.

【００７６】特に電子放出材料として、繊維状カーボン
の集合体を用いた場合には、個々の繊維状カーボンの形
状制御に精度を要求しないため、電子放出素子を安価に
製造する事が可能である。In particular, when an aggregate of fibrous carbons is used as the electron emitting material, it is not necessary to control the shape of each fibrous carbon precisely, so that the electron emitting device can be manufactured at low cost. .

【００７７】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子の製造方法について、特に図５を参照して説明す
る。Next, a method of manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【００７８】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５
（ａ））。Quartz glass, the surface of which was thoroughly washed,
As the substrate 1, a substrate having a reduced content of impurities such as Na, partially substituted with K, a soda lime glass, a laminated body in which SiO 2 is laminated on a silicon substrate by a sputtering method, or an insulating substrate made of ceramics such as alumina is prepared as the substrate 1. Yes (Fig. 5
(A)).

【００７９】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（図
５（ｂ））。The lead-out electrode 2 and the cathode electrode 3 are arranged thereon with being electrically separated by a certain distance d (FIG. 5 (b)).

【００８０】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。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 or a sputtering method, or 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.

【００８１】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、後に述べる電子放出材料
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。The thickness of the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 is set in the range of several tens nm to several tens μm,
A heat resistant material of carbon, metal, metal nitride, or metal carbide is preferable. In particular, in the case of growing fibrous carbon as an electron emission material described later, conductive silicon, for example, doped polysilicon is preferable.

【００８２】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。When a potential drop or the like is a concern due to the thin thickness of this 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. May be used in parts.

【００８３】次に、カソード電極３の一部に電子放出材
料４を配置する（図５（ｃ））。Next, the electron emitting material 4 is arranged on a part of the cathode electrode 3 (FIG. 5C).

【００８４】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。The electron emitting 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 advantageous for electron emission by using a method such as RIE, and by nucleus growth in CVD. There is a case in which the growth of needle-like crystals or the growth of whiskers is used.

【００８５】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。Control of the convex shape depends on the type of substrate used in the case of RIE, the type of gas, the gas pressure (flow rate), the etching time, the 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, the growth temperature, etc. are controlled.

【００８６】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、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ2、
ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4、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。The electron emitting material is preferably W or T.
a, a heat resistant material such as Mo, or TiC, ZrC,
Carbides such as HfC, TaC, SiC, WC, HfB 2 ,
ZrB 2, LaB 6, CeB 6 , YB 4, GdB borides such as 4, TiN, ZrN, nitrides such as HfN, Si, such as Ge semiconductor, an organic polymer material, 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.

【００８７】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、用いる陰極材料の電子放出電界
（横方向電界）と画像形成に必要な縦方向電界との電界
を比較した時に、電子放出電界が縦方向電界よりも１倍
から５０倍程度の値になるように、駆動電圧と間隔を決
めればよい。Distance d between the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3
As described above, when comparing the electron emission electric field (horizontal electric field) of the cathode material used and the vertical electric field necessary for image formation, the electron emission electric field is about 1 to 50 times higher than the vertical electric field. The drive voltage and the interval may be determined so that

【００８８】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、用いるべき電子放出材料４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。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.
Becomes In this case, the electron emission field of the electron emission material 4 to be used is a material having an electron emission field larger than 4 V / μm, and its interval and drive voltage may be determined so as to correspond to the selected electron emission field. .

【００８９】このように、数Ｖ／μｍから数十Ｖ／μｍ
の電子放出電界を持つ材料としては、カーボンを主成分
とする材料が挙げられる。Thus, from several V / μm to several tens V / μm
As a material having an electron emission electric field of, a material containing carbon as a main component can be cited.

【００９０】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（微細突起を構成する部
分）を図１１及び図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（ＴＥＭ）レベル（〜１０
０万倍）で見えるカーボンの形態を模式的に示してい
る。As an example, FIGS. 11 and 12 show fibrous carbon (portion forming fine projections) formed by decomposing hydrocarbon gas using a catalyst. In each figure, the leftmost shape is visible at an optical microscope level (up to 1000 times), the middle shape is visible at a scanning electron microscope (SEM) level (up to 30,000 times), and the right side is at a transmission electron microscope (TEM) level (up to 10 times).
The morphology of carbon that can be seen at a magnification of 100,000 is schematically shown.

【００９１】図１１に示すようにグラフェンが円筒形状
（円筒形が多重構造になっているものはマルチウォール
ナノチューブと呼ばれる）の形態をとるものはカーボン
ナノチューブと呼ばれ、特にチューブ先端を開放させた
構造の時に、最もその閾値が下がる。As shown in FIG. 11, graphene having a cylindrical shape (a cylinder having a multi-layered structure is called a multi-wall nanotube) is called a carbon nanotube, and particularly, the tube tip is opened. At the time of construction, the threshold is the lowest.

【００９２】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).

【００９３】カーボンナノチューブとグラファイトナノ
ファイバーは触媒の種類、及び分解の温度によって異な
り、同一の触媒で、両方の構造を持つ物を温度によって
選択可能である場合もあるし、どちらかの構造しか出来
ない場合もある。Carbon nanotubes and graphite nanofibers differ depending on the type of catalyst and the decomposition temperature, and in some cases it is possible to select substances having both structures with the same catalyst depending on the temperature. It may not be.

【００９４】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、本発明の電子
放出材料４として好ましい。Both of the fibrous carbons have an electric field required for electron emission of several V to several tens V / μm, and are preferable as the electron emission material 4 of the present invention.

【００９５】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.
Pd and Ni can also be used as nuclei for carbon formation.

【００９６】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 generate graphite nanofibers at a low temperature (temperature of 450 ° C. or higher). Since the generation temperature of carbon nanotubes using Fe and Co is 800 ° C. or higher, it is possible to produce the graphite nanofiber material using Pd and Ni at a low temperature. It is also preferable from the viewpoint of manufacturing cost.

【００９７】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
として酸化金属微粒子の一つである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, which is one of the metal oxide fine particles, as the nucleation material by utilizing the characteristic that the oxide is reduced by hydrogen at low temperature (room temperature).

【００９８】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（金属微粒子）の形成が可能となった。When hydrogen reduction treatment of palladium oxide is performed,
Initial aggregation nuclei (metals) at a relatively low temperature (200 ° C or less) can be obtained without using thermal agglomeration of a metal thin film, which has been conventionally used as a general nucleation technique, or generation and vapor deposition of ultrafine particles that pose an explosion risk. It became possible to form fine particles).

【００９９】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, propylene or the like, or vapor of an organic solvent such as ethanol or acetone may be used.

【０１００】上記のように作製した本発明の実施の形態
に係る電子放出素子を図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。そして、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。The electron-emitting device according to the embodiment of the present invention manufactured as described above is installed in a vacuum device as shown in FIG. 6, and is sufficiently evacuated by the vacuum exhaust device 65 until it reaches about 10 −4 Pa. Exhausted. Then, as shown in FIG. 6, a high voltage power supply was used to provide an anode (anode) 61 at a height L4 of several millimeters from the substrate, and a high voltage Va of several kilovolts was applied. A phosphor 62 coated with a conductive film is installed on the anode 61.

【０１０１】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Ｉ
ｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。A device current I flowing by applying a pulse voltage of about several tens of V as a driving voltage Vf to the electron-emitting device.
f and the electron emission current Ie were measured.

【０１０２】この時、等電位線６６は図のように形成さ
れ、最も電界の集中する点は、上述のように、図６及び
図２（Ａ）で示される電子放出材料４の最も引き出し電
極２側であって、かつ、アノード６１側の場所のうち、
図２（Ｂ）に示す電子放出材料４の端部である。この電
界集中点近傍に位置する電子放出材料４から優先的に電
子が真空中に放出される。At this time, the equipotential lines 66 are formed as shown in the figure, and the point where the electric field is most concentrated is, as described above, the most extraction electrode of the electron emission material 4 shown in FIGS. 6 and 2A. 2 of the locations on the anode 61 side,
It is an end portion of the electron emission material 4 shown in FIG. Electrons are preferentially emitted into the vacuum from the electron emission material 4 located near the electric field concentration point.

【０１０３】ここで、本電子放出素子の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。Here, the Ie characteristic of this electron-emitting device is shown in FIG.
The characteristics were as shown in. 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.

【０１０４】以下、この原理に基づき、本発明の実施の
形態に係る電子放出素子を複数配して得られる電子源及
び画像形成装置について、図８及び図９を用いて説明す
る。図８は本発明の実施の形態に係る電子源の模式的平
面図である。Based on this principle, an electron source and an image forming apparatus obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices according to the embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a schematic plan view of the electron source according to the embodiment of the present invention.

【０１０５】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。そして、８４は
本発明の実施の形態に係る電子放出素子、８５は結線で
ある。In FIG. 8, 81 is an electron source substrate, 82 is an X-direction wiring, and 83 is a Y-direction wiring. Further, 84 is an electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, and 85 is a connection.

【０１０６】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。The m X-direction wirings 82 are DX1 and 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.

【０１０７】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）。An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-direction wirings 82 and the n Y-direction wirings 83 to electrically separate the two (m, n). Are both positive integers).

【０１０８】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 interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by a vacuum vapor deposition method, a printing method, a sputtering method or the like. For example, it is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the base body 81 on which the X-direction wiring 82 is formed, and particularly, in order to withstand the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83, the film thickness, The material and manufacturing method are set appropriately. The X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are drawn out as external terminals.

【０１０９】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。The extraction electrode and the cathode electrode (not shown, hereinafter referred to as device electrode) constituting the electron-emitting device 84 are formed by m X-direction wirings 82, n Y-direction wirings 83 and a connection 85 made of a conductive metal or the like. It is electrically connected.

【０１１０】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 material forming the wiring 82 and the wiring 83, the material forming the connecting wire 85, and the material forming the element electrode 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.

【０１１１】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。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 84 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 82. On the other hand, Y
The directional wirings 83 have the electron-emitting devices 84 arranged in the Y direction.
A modulation signal generating means (not shown) is connected to modulate each column according to the input signal.

【０１１２】各電子放出素子に印加される駆動電圧は、
当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧とし
て供給される。The drive voltage applied to each electron-emitting device is
It is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the element.

【０１１３】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.

【０１１４】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
す模式図である。An image forming apparatus constructed by using an electron source having such a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a display panel of the image forming apparatus.

【０１１５】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、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。In FIG. 9, 81 is an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged, 91 is a rear plate to which the electron source substrate 81 is fixed, and 96 is a fluorescent film 94 on the inner surface of a glass substrate 93.
And a metal back 95 and the like are formed on the face plate. Reference numeral 92 denotes a support frame, and a rear plate 91 and a face plate 96 are connected to the support frame 92 using frit glass or the like.

【０１１６】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。The envelope 97 is sealed and formed by firing in the temperature range of 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more in the atmosphere, vacuum or nitrogen.

【０１１７】外囲器９７は、上述の如く、フェースプレ
ート９６，支持枠９２、及びリアプレート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。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 support frame 92 may be directly sealed to the base 81, and the face plate 96, the support frame 92, and the base 81 may constitute the envelope 97.

【０１１８】一方、フェースプレート９６とリアプレー
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。On the other hand, by installing a support member (not shown) called a spacer between the face plate 96 and the rear plate 91, it is possible to construct the envelope 97 having sufficient strength against atmospheric pressure. .

【０１１９】[0119]

【実施例】次に、上記実施の形態に基づいたより具体的
な実施例を説明する。EXAMPLES Next, more specific examples based on the above embodiment will be described.

【０１２０】（実施例１）本実施例１における電子放出
素子の構成は、上述した図１に示す構成と同様である。(Embodiment 1) The structure of the electron-emitting device according to the present embodiment 1 is similar to that shown in FIG.

【０１２１】以下に、図１３を用いて実施例１の電子放
出素子の製造工程を詳細に説明する。図１３は実施例１
に係る電子放出素子の製造工程図である。The manufacturing process of the electron-emitting device of Example 1 will be described in detail below with reference to FIG. FIG. 13 shows Example 1.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of the electron-emitting device according to the present invention.

【０１２２】（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
を行った。(Step 1) A quartz substrate is used as the substrate 1, and after sufficiently washing, Ti having a thickness of 5 nm (not shown) and poly Si (having a thickness of 30 nm) are formed as the extraction electrode 2 and the cathode electrode 3 by a sputtering method. Arsenic-doped) was continuously deposited.

【０１２３】次に、フォトリソグラフィー工程で、ポジ
型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリアント社製）
を用いてレジストパターンを形成した。Next, in a photolithography process, a positive photoresist (AZ1500 / Clariant) is used.
Was used to form a resist pattern.

【０１２４】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、および陰極としての
カソード電極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 dry-etched using CF 4 gas, and the inter-electrode d
= 5 μm, and the cathode electrode 3 as a cathode was formed (FIG. 13A).

【０１２５】（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（ＡＺ１５００／クラリア
ント社製）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（レジストパ
ターン１３１）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 the photolithography step, a resist pattern 131 was formed using a positive photoresist (AZ1500 / Clariant). Using the patterned photoresist (resist pattern 131) as a mask, Pd was vapor-deposited as a catalyst 132 for growing an electron emitting material described later by a sputtering method in a region to be covered with the electron emitting material (FIG. 13B).

【０１２６】（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１０ｎ
ｍの厚さに形成した（図１３（ｃ））。(Step 3) After removing the resist, 300 in air
Heat treatment at ℃, Pd as palladium oxide 10n
It was formed to a thickness of m (FIG. 13C).

【０１２７】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））。Next, after exhausting the atmosphere, 2% diluted with nitrogen
Heat treatment was performed at 200 ° C. in a hydrogen stream. At this stage, fine particles 133 having a diameter of about 10 nm are formed on the device surface.
Was formed. At this time, the particle density is about 10 11 to 10 12
It was estimated to be pieces / cm 2 (FIG. 13 (d)).

【０１２８】（工程４）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が形成されているのが分かっ
た。このとき繊維状カーボンの厚さは約１μｍとなって
いた（図１３（ｅ））。(Step 4) Subsequently, heat treatment was carried out at 500 ° C. for 30 minutes in a 50% ethylene gas stream diluted with H 2. Observation of this with a scanning electron microscope revealed that a large number of fibrous carbons having a diameter of about 10 nm to 60 nm and extending in a fibrous shape while being bent were formed in the Pd coating region. At this time, the thickness of the fibrous carbon was about 1 μm (FIG. 13 (e)).

【０１２９】最終的に、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）でＬ
１＝８０μｍ，Ｌ２＝１２０μｍ，Ｌ３＝２μｍ、図１
（Ｃ）においてＷ１及びＷ２＝２μｍ，Ｈ＝１μｍとし
た電子放出素子となった。Finally, in FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B), L
1 = 80 μm, L2 = 120 μm, L3 = 2 μm, FIG.
In (C), the electron-emitting device has W1 and W2 = 2 μm and H = 1 μm.

【０１３０】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。This device was installed in a vacuum device 60 as shown in FIG. 6 and was sufficiently evacuated by a vacuum exhaust device 65 until it reached 2 × 10 −5 Pa. L4 = 2 mm from the device as shown in FIG. As the anode (anode) voltage, Va = 8 kV was applied to the separated anode (anode) 61.

【０１３１】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Ｉ
ｅ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。At this point, after confirming that there is no electron flow to the anode, the device current If and the electron emission current I flowing by applying a pulse voltage consisting of the driving voltage Vf = 30V to the device.
e was measured. The If and Ie characteristics of the element were as shown in FIG.

【０１３２】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。That is, Ie drastically increased from about half of the applied voltage, and when Vf was 30 V, the required electron emission current Ie was measured in terms of current density. On the other hand, If was similar to the characteristics of Ie, but its value was smaller than Ie by one digit or more.

【０１３３】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.

【０１３４】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 the reduction treatment of palladium oxide is related to the diameter of the fiber formed by the subsequent growth.

【０１３５】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 with a transmission electron microscope, it was found that graphene had a laminated structure as shown in the right side of FIG.

【０１３６】（実施例２）実施例２として、図１におい
て図１（Ａ）及び図１（Ｂ）でＬ１＝８０μｍ，Ｌ２＝
１２０μｍ，Ｌ３＝１０μｍ、図１（Ｃ）においてＷ１
＝１μｍ，Ｗ２＝４μｍ，Ｈ＝１μｍとして、電子放出
素子において電子放出材料の形成面積を広くとった例を
示す。(Embodiment 2) As Embodiment 2, in FIG. 1 L1 = 80 μm and L2 = in FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B).
120 μm, L3 = 10 μm, W1 in FIG.
= 1 μm, W2 = 4 μm, and H = 1 μm, an example in which the formation area of the electron emitting material in the electron emitting device is wide is shown.

【０１３７】本実施例では電子放出材料の形成領域を広
くとる事で、Ｖｆを上げて電子放出の起こる領域を増加
させると、放出電流値Ｉｅを増加させる事が可能であ
る。In the present embodiment, the emission current value Ie can be increased by increasing the area where electron emission occurs by increasing Vf by increasing the area where the electron emission material is formed.

【０１３８】製造方法は、実施例１とほとんど同様な方
法であり、実施例１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。The manufacturing method is almost the same as that in Example 1, and the only difference from Example 1 is that the shape of the resist pattern in step 2 is changed.

【０１３９】実施例１と同様にしてＩｆ，Ｉｅの計測を
行った。実施例１と比較して電子放出の閾値が若干高く
なったが、Ｖｆ＝４０まで上げた時の放出電流値は実施
例１を上回った。If and Ie were measured in the same manner as in Example 1. Although the threshold value of electron emission was slightly higher than that of Example 1, the emission current value when Vf was increased to 40 exceeded that of Example 1.

【０１４０】（実施例３）図１４を参照して実施例３に
係る電子放出素子について説明する。図１４は実施例３
に係る電子放出素子の模式的断面図である。なお、図１
４は図１（Ａ）におけるＡＡ’断面に相当する図であ
る。本実施例の素子の平面図は図１（Ａ）と同様であ
る。Example 3 An electron-emitting device according to Example 3 will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows the third embodiment
3 is a schematic cross-sectional view of the electron-emitting device according to FIG. Note that FIG.
4 is a view corresponding to the AA ′ cross section in FIG. A plan view of the element of this example is similar to that of FIG.

【０１４１】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。In this example, an electron-emitting device was prepared and If and Ie were measured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the cathode electrode 3 in Example 1 was 500 nm.

【０１４２】本素子構成により、カソード電極３を厚く
することで、少なくともカソード電極３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
置を引き出し電極２から見て確実に高い位置（アノード
側）にすることが出来た。この構成によって、電子が引
き出し電極２に衝突する軌道が減少し、効率の低下やビ
ーム径の増大を招く現象を防ぐことが出来た。According to the present element structure, by thickening the cathode electrode 3, no electron emission occurs from a position corresponding to at least the thickness of the cathode electrode 3, so that the electron emission position is surely seen from the extraction electrode 2. It was possible to set it to a high position (anode side). With this configuration, the trajectory of electrons colliding with the extraction electrode 2 is reduced, and it is possible to prevent the phenomenon that the efficiency is lowered and the beam diameter is increased.

【０１４３】（実施例４）図１５を参照して実施例４に
係る電子放出素子について説明する。図１５は実施例４
に係る電子放出素子の模式的断面図である。なお、図１
５は図１（Ａ）におけるＡＡ’断面に相当する図であ
る。本実施例の素子の平面図は図１（Ａ）と同様であ
る。Example 4 An electron-emitting device according to Example 4 will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows the fourth embodiment.
3 is a schematic cross-sectional view of the electron-emitting device according to FIG. Note that FIG.
5 is a view corresponding to the AA ′ cross section in FIG. A plan view of the element of this example is similar to that of FIG.

【０１４４】本実施例では電子放出材料４をカソード電
極３から、引き出し電極２とカソード電極３間ｄのほぼ
中間位置まで形成した。In this embodiment, the electron emitting material 4 is formed from the cathode electrode 3 to a position approximately midway between the lead electrode 2 and the cathode electrode 3.

【０１４５】本実施例における製造方法は、実施例１と
ほとんど同様な方法であり、実施例１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。
つまり、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１と同様である。The manufacturing method in this example is almost the same as that in Example 1, and the only difference from Example 1 is that the shape of the resist pattern in step 2 is changed.
In other words, the steps are the same as in Example 1 except that Pd, which serves as a catalyst, is formed from the cathode electrode to the quartz substrate.

【０１４６】本素子では実施例１と比較して電極間距離
ｄが小さい分、引き出し電極２と電子放出材料４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 electric field between the extraction electrode 2 and the electron emission material 4 is about twice as strong as the distance d between the electrodes is smaller than that in the first embodiment. Therefore, the driving voltage can be reduced.

【０１４７】（実施例５）本発明の実施例に係る電子放
出素子を複数配して得られる電子源及び画像形成装置に
ついて、図８，９，１０を用いて説明する。図８は電子
源の模式的平面図であり、図９は画像形成装置の一部破
断斜視図であり、図１０は画像形成装置に用いる回路図
である。(Embodiment 5) An electron source and an image forming apparatus obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 is a schematic plan view of the electron source, FIG. 9 is a partially cutaway perspective view of the image forming apparatus, and FIG. 10 is a circuit diagram used in the image forming apparatus.

【０１４８】上述のように、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は本発明の実施例に係る電子放出素子、８５は結線
である。As described above, in FIG. 8, 81 is the electron source substrate, 82 is the X-direction wiring, and 83 is the Y-direction wiring.
Reference numeral 84 is an electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, and reference numeral 85 is a connection.

【０１４９】電子放出素子を複数配置したことに伴い、
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。With the arrangement of a plurality of electron-emitting devices,
When the capacitance of the element increases, 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.

【０１５０】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、図９に示すように、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。For this reason, in this embodiment, as shown in Embodiment 1, an interlayer insulating layer is provided immediately next to the electron emitting portion, as shown in FIG. 9, to increase the capacitive component other than the electron emitting portion. The structure that reduces

【０１５１】図８において、ｍ本のＸ方向配線８２はＤ
Ｘ1，ＤＸ2，．．ＤＸmからなり，蒸着方にて形成され
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。In FIG. 8, the m X-direction wirings 82 are D
X 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 vapor deposition. The wiring material, film thickness, and width are appropriately designed.

【０１５２】Ｙ方向配線８３は厚さ０．５μｍ、幅１０
０μｍ，ＤＹ1，ＤＹ2．．ＤＹnのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線８２と同様に形成される。これらｍ本の
Ｘ方向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３との間には、不
図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分
離している（ｍ，ｎは，共に正の整数）。The Y-direction wiring 83 has a thickness of 0.5 μm and a width of 10.
0 μm, DY 1 , DY 2 . ． It consists of n wirings of DY n and is formed similarly to the X-direction wiring 82. An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m number of X-direction wirings 82 and the n number of Y-direction wirings 83 to electrically isolate the two (m and n are both Positive integer).

【０１５３】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
子当たりの素使容量が１ｐＦ以下、素子耐圧３０Ｖにな
るように層間絶縁層の厚さが決められた。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. It is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the base body 81 on which the X-direction wiring 82 is formed.
In this embodiment, the thickness of the interlayer insulating layer is determined so that the element capacitance per element is 1 pF or less and the withstand voltage of the element is 30 V so as to be able to withstand the potential difference at the crossing point.

【０１５４】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 X-direction wiring 82 and the Y-direction wiring 83 are drawn out as external terminals.

【０１５５】本発明の実施例に係る電子放出素子８４を
構成する一対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８
２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) forming the electron-emitting device 84 according to the embodiment of the present invention includes m X-direction wirings 8.
The two and n Y-direction wirings 83 are electrically connected to each other by a connecting wire 85 made of a conductive metal or the like.

【０１５６】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した本
発明の実施例に係る電子放出素子８４の行を、選択する
ための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が
接続される。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting the row of the electron-emitting devices 84 according to the embodiment of the present invention arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 82. .

【０１５７】一方、Ｙ方向配線８３には、Ｙ方向に配列
した本発明の実施例に係る電子放出素子８４の各列を入
力信号に応じて、変調するための不図示の変調信号発生
手段が接続される。On the other hand, the Y-direction wiring 83 has a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the electron-emitting devices 84 according to the embodiment of the present invention arranged in the Y-direction according to an input signal. Connected.

【０１５８】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。本実施例においては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ている。The driving voltage applied to each electron-emitting device is
It is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the element. In this embodiment, the Y-direction wiring is connected so that it has a high potential and the X-direction wiring has a low potential.

【０１５９】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.

【０１６０】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 an electron source having such 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.

【０１６１】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及びフェースプレート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１０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 on which a plurality of electron-emitting devices are arranged, 91 is a rear plate on which the electron source substrate 81 is fixed, and 96 is a fluorescent film 94 on the inner surface of a glass substrate 93.
And a metal back 95 and the like are formed on the face plate. Reference numeral 92 denotes a support frame. The rear plate 91 and the face plate 96 are connected to the support frame 92 by using frit glass or the like. Reference numeral 98 denotes an envelope, which is sealed and formed by baking in a vacuum at a temperature range of 450 ° C. for 10 minutes.

【０１６２】８４は、図９における電子放出部に相当す
る。８２，８３は、本発明の実施例に係る電子放出素子
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 X-direction wiring and Y-direction wiring connected to the pair of device electrodes of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【０１６３】外囲器９７は、上述の如く、フェースプレ
ート９６，支持枠９２及びリアプレート９１で構成され
る。一方、フェースプレート９６とリアプレート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 body (not shown) called a spacer between the face plate 96 and the rear plate 91, the envelope 98 having sufficient strength against atmospheric pressure is provided.
Configured.

【０１６４】メタルバック９５は、蛍光膜作製後、蛍光
膜の内面側表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」
と呼ばれる。）を行い、その後Ａｌを、真空蒸着等を用
いて堆積させることで作られる。The metal back 95 is formed by smoothing the inner surface of the fluorescent film (usually "filming") after the fluorescent film is manufactured.
Called. ) Is performed, and then Al is deposited using vacuum vapor deposition or the like.

【０１６５】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電
極（不図示）を設けた。The face plate 96 is further provided with a fluorescent film 9
In order to enhance the conductivity of No. 4, a transparent electrode (not shown) was provided on the outer surface side of the fluorescent film 94.

【０１６６】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.

【０１６７】本実施例では電子源からの電子放出は引き
出し電極側に出射されるので、８ｋＶのアノード電圧、
かつアノード間距離２ｍｍの時は、２００μｍだけ引き
出し電極側に偏移した位置に対応する蛍光体を配置し
た。In this embodiment, since the electron emission from the electron source is emitted to the extraction electrode side, the anode voltage of 8 kV,
Further, when the distance between the anodes was 2 mm, the phosphor corresponding to the position deviated by 200 μm toward the extraction electrode was arranged.

【０１６８】次に、走査回路１０２について説明する。Next, the scanning circuit 102 will be described.

【０１６９】同回路は、内部にＭ個のスイッチング素子
を備えたものである（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に
示している）。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ている。The circuit has M switching elements inside (indicated by S1 to Sm in the figure). Each switching element is a DC voltage source Vx
Output voltage or 0 [V] (ground level) is selected and electrically connected to the terminals Dx1 to Dxm of the display panel 101.

【０１７０】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。Each of the switching elements S1 to Sm operates based on the control signal Tscan output from the control circuit 103, and can be formed by combining switching elements such as FETs.

【０１７１】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には本発明
の実施例に係る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に設定されている。In the case of this example, the DC voltage source Vx is a drive voltage applied to an unscanned element based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the electron electron-emitting element according to the embodiment of the present invention. Is set to output a constant voltage such that the voltage becomes equal to or lower than the electron emission threshold voltage.

【０１７２】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 part 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.

【０１７３】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。The sync signal separation circuit 106 is a circuit for separating a sync signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside, and uses a general frequency separation (filter) circuit or the like. Can be configured.

【０１７４】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。なお、該ＤＡＴＡ信号はシ
フトレジスタ１０４に入力される。The sync signal separated by the sync signal separation circuit 106 consists of a vertical sync signal and a horizontal sync signal.
Here, for convenience of explanation, it is shown as a Tsync signal.
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.

【０１７５】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。）。The shift register 104 is for serial / parallel conversion of the DATA signal serially input in time series for each line of the image, and is based on the control signal Tsft sent from the control circuit 103. The control signal Tsft can be said to be the shift clock of the shift register 104.

【０１７６】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 data of one line of the serial / parallel-converted image (corresponding to the drive data for N electron-emitting devices) is output from the shift register 104 as N parallel signals Id1 to Idn.

【０１７７】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。The line memory 105 is a storage device for storing data for one line of an image 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.

【０１７８】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 stored contents are I'd1 to I'dn.
And is input to the modulation signal generator 107.

【０１７９】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実施例に係る
電子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源で
あり、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通
じて表示パネル１１１内の本発明の実施例に係る電子放
出素子に印加される。The modulation signal generator 107 outputs the image data I ′.
It is a signal source for appropriately driving and modulating each of the electron-emitting devices according to the embodiment of the present invention according to each of d1 to I'dn, and an output signal thereof is output from the terminals Doy1 to Doyn in the display panel 111. It is applied to the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【０１８０】前述したように、本発明の実施例に係る電
子放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有
している。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖｔ
ｈ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。また、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。As described above, the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention has the following basic characteristics with respect to the emission current Ie. That is, a clear threshold voltage Vt for electron emission
There is h, and electron emission occurs only when a voltage higher than Vth is applied. Further, 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.

【０１８１】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。From this, when a pulsed voltage is applied to this element, for example, no electron emission occurs 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 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.

【０１８２】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 circuit of the voltage modulation method is used that generates a voltage pulse of a fixed length and appropriately modulates the peak value of the pulse according to the input data. be able to.

【０１８３】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。In implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 107, it is possible to use a circuit of a pulse width modulation system that generates a voltage pulse having a constant crest value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data.

【０１８４】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式を用いた。The shift register 104 and the line memory 10
5 used the digital signal system.

【０１８５】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ることができる。In the present embodiment, the modulation signal generator 107 uses, for example, a D / A conversion circuit, and an amplification circuit and the like are 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 that counts the number of waves output by the oscillator, and a comparator that compares the output value of the counter with the output value of the memory. A circuit in which a (comparator) is combined can be used.

【０１８６】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。例えば、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. For example, regarding the input signal, the NTSC system has been cited, but the input signal is not limited to this, and the PAL, SECAM system, etc., and a TV signal (for example, the MUSE system, which includes a larger number of scanning lines) than this. High-definition TV) system can be adopted.

【０１８７】以上説明した様に、本発明の実施の形態及
び実施例に係る電子放出素子を用いると、電界集中点を
制御して電子放出点の数を増加させ、かつ電子ビームの
広がりを抑制した電子源が得られる。As described above, when the electron-emitting devices according to the embodiments and examples of the present invention are used, the electric field concentration point is controlled to increase the number of electron-emitting points and the spread of the electron beam is suppressed. The electron source is obtained.

【０１８８】さらに電子放出材料として繊維状カーボン
の集合体を用いた場合等には、個々の繊維状カーボンの
形状制御に精度を要求しないため、電子源を安価に製造
する事が可能である。Further, when a fibrous carbon aggregate is used as the electron emitting material, accuracy is not required for controlling the shape of each fibrous carbon, so that the electron source can be manufactured at low cost.

【０１８９】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
テレビを実現できる。Further, since the image forming apparatus is composed of the electron source and forms an image based on the input signal, a higher definition image forming apparatus such as a color flat television can be realized.

【０１９０】[0190]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子は、電子放出点の数が多く、電子ビームの広がりを
抑制することができる。これを電子源に適用すること
で、電子ビームの広がりを抑制できる。また、画像形成
装置に適用することで高精細な画像形成が可能となる。As described above, the electron-emitting device of the present invention has a large number of electron emission points and can suppress the spread of the electron beam. By applying this to the electron source, the spread of the electron beam can be suppressed. Further, by applying it to the image forming apparatus, it is possible to form a high-definition image.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の模式
図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の電子
放出の様子を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing how electrons are emitted from the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図３】従来技術に係る電子放出素子の電子軌道を示す
模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing electron trajectories of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【図４】本発明の実施の形態に係る電子放出素子と比較
するためのモデルの電子軌道の様子を示す模式図であ
る。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of electron trajectories of a model for comparison with the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図５】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の基本
的な製造工程図である。FIG. 5 is a basic manufacturing process diagram of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図６】電子放出素子を動作させる構成の一例図であ
る。FIG. 6 is an example of a configuration for operating an electron-emitting device.

【図７】電子放出素子のＩｅ特性図である。FIG. 7 is an Ie characteristic diagram of an electron-emitting device.

【図８】本発明の実施の形態に係る電子源の模式的平面
図である。FIG. 8 is a schematic plan view of an electron source according to an embodiment of the present invention.

【図９】画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図
（一部破断斜視図）である。FIG. 9 is a schematic view (partially cutaway perspective view) showing an example of a display panel of the image forming apparatus.

【図１０】画像形成装置の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of the image forming apparatus.

【図１１】カーボンナノチューブの構造図である。FIG. 11 is a structural diagram of a carbon nanotube.

【図１２】グラファイトナノファイバーの構造図であ
る。FIG. 12 is a structural diagram of graphite nanofibers.

【図１３】実施例１に係る電子放出素子の製造工程図で
ある。FIG. 13 is a manufacturing process diagram of the electron-emitting device according to the first embodiment.

【図１４】実施例３に係る電子放出素子の模式的断面図
である。FIG. 14 is a schematic sectional view of an electron-emitting device according to a third embodiment.

【図１５】実施例４に係る電子放出素子の模式的断面図
である。FIG. 15 is a schematic sectional view of an electron-emitting device according to Example 4.

【図１６】従来技術に係る電子放出素子の斜視図であ
る。FIG. 16 is a perspective view of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【図１７】従来技術に係る電子放出素子の斜視図であ
る。FIG. 17 is a perspective view of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 基板 ２ 引き出し電極 ３ カソード電極 ４ 電子放出材料 ６０ 真空装置 ６１ アノード ６２ 蛍光体 ６５ 真空排気装置 ６６ 等電位線 ８１ 基体 ８２，８３ 配線 ８４ 電子放出素子 ８５ 結線 ９１ リアプレート ９２ 支持枠 ９３ ガラス基体 ９４ 蛍光膜 ９５ メタルバック ９６ フェースプレート ９７ 外囲器 ９８ 外囲器 １０１ 表示パネル １０２ 走査回路 １０３ 制御回路 １０４ シフトレジスタ １０５ ラインメモリ １０６ 同期信号分離回路 １０７ 変調信号発生器 １１１ 表示パネル １１３ 制御回路 １３１ レジストパターン １３２ 触媒 １３３ 微粒子 1 substrate 2 Extraction electrode 3 cathode electrode 4 Electron emission material 60 vacuum equipment 61 Anode 62 phosphor 65 Vacuum exhaust system 66 equipotential lines 81 base 82,83 wiring 84 electron-emitting device 85 wiring 91 Rear plate 92 Support frame 93 glass substrate 94 Fluorescent film 95 metal back 96 face plate 97 Package 98 envelope 101 display panel 102 scanning circuit 103 control circuit 104 shift register 105 line memory 106 Sync signal separation circuit 107 Modulation signal generator 111 display panel 113 control circuit 131 resist pattern 132 catalyst 133 fine particles

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】基板上に設けられ、側面に電子放出材料が
形成された陰極と、 前記基板上であって、前記陰極に形成された電子放出材
料側に該電子放出材料と間隙をおいて設けられ、該電子
放出材料から電子を引き出す引き出し電極と、を備え、 該引き出し電極によって引き出した電子を、前記基板に
対向して設けられた陽極に向けて放出させる電子放出素
子において、 前記引き出し電極における、前記陰極に対向する側面の
幅をＬ１とし、前記陰極上の前記電子放出材料が形成さ
れた領域全体の幅をＬ２とした場合に、 Ｌ２＞Ｌ１を満たすと共に、 前記電子放出材料が形成された領域のうち、前記引き出
し電極に対向する幅Ｌ１の範囲内において、電子放出材
料が形成された部分と電子放出材料が形成されずに陰極
が露出した部分を交互に複数設けることを特徴とする電
子放出素子。1. A cathode provided on a substrate, the side surface of which is formed with an electron emitting material, and a cathode, on the side of which the electron emitting material is formed on the side of the cathode, with a gap from the electron emitting material. An electron-emitting device provided with an extraction electrode for extracting an electron from the electron-emitting material, wherein the electron extracted by the extraction electrode is emitted toward an anode provided facing the substrate. Where L1 is the width of the side surface facing the cathode and L2 is the width of the entire region of the cathode where the electron emitting material is formed, L2> L1 is satisfied and the electron emitting material is formed. In the range of the width of the formed region facing the extraction electrode, the part where the electron emitting material is formed and the part where the cathode is exposed without forming the electron emitting material are alternated. An electron emission device characterized by providing a plurality. 【請求項２】前記電子放出材料は複数の微細突起を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting material has a plurality of fine protrusions. 【請求項３】前記電子放出材料は炭素を主成分とする材
料で構成されることを特徴とする請求項１または２に記
載の電子放出素子。3. The electron emitting device according to claim 1, wherein the electron emitting material is composed of a material containing carbon as a main component. 【請求項４】前記炭素を主成分とする材料は繊維状のカ
ーボンであることを特徴とする請求項３に記載の電子放
出素子。4. The electron emitting device according to claim 3, wherein the material containing carbon as a main component is fibrous carbon. 【請求項５】前記繊維状のカーボンの材料には、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うちの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。5. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the fibrous carbon material includes at least one of graphite nanofibers, carbon nanotubes, and amorphous carbon. 【請求項６】前記電子放出材料が形成された領域のう
ち、前記電子放出材料が形成されずに陰極が露出した部
分の幅をＷ１とし、陰極表面から前記電子放出材料の表
面までの高さをＨとした場合に、 Ｗ１≧Ｈを満たすことを特徴とする請求項１〜５のいず
れか一つに記載の電子放出素子。6. The height from the surface of the cathode to the surface of the electron emitting material is defined as W1 in the region where the cathode is exposed without forming the electron emitting material in the area where the electron emitting material is formed. When W is H, W1 ≧ H is satisfied, and the electron-emitting device according to claim 1. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか一つに記載の電子
放出素子を複数個配列して結線した素子列を少なくとも
１列以上有することを特徴とする電子源。7. An electron source comprising at least one row of a plurality of electron-emitting devices according to claim 1 arranged and connected. 【請求項８】請求項１〜６のいずれか一つに記載の電子
放出素子を複数個配列して結線した素子列を少なくとも
１列以上有し、各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。8. An electron-emitting device according to any one of claims 1 to 6 is arranged in a line and has at least one or more device rows connected to each other, and wiring for driving each device is arranged in a matrix. An electron source characterized by being stored. 【請求項９】請求項７または８に記載の電子源と、 該電子源から放出された電子の衝突により発光する蛍光
体と、を備えることを特徴とする画像形成装置。9. An image forming apparatus comprising: the electron source according to claim 7; and a phosphor that emits light by collision of electrons emitted from the electron source. 【請求項１０】情報信号に基づいて、前記電子源内の電
子放出素子の電子量を制御する手段と、を備えることを
特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。10. The image forming apparatus according to claim 9, further comprising means for controlling an electron amount of an electron-emitting device in the electron source based on an information signal. 【請求項１１】絶縁性の基板上に、引き出し電極と、該
引き出し電極と間隙をおいて側面の幅が引き出し電極の
幅よりも大きな陰極と、を形成する工程と、 前記陰極の前記引き出し電極に対向する側面に、該引き
出し電極の幅よりも広い範囲に、酸化金属微粒子を形成
する工程であって、前記引き出し電極の幅の範囲内で
は、複数箇所には前記酸化金属微粒子を形成せずに陰極
を露出した部分を残しつつ、前記酸化金属微粒子を形成
する工程と、 該酸化金属微粒子を還元凝集して金属微粒子とする工程
と、 該金属微粒子上に繊維状カーボンを成長させる工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。11. A step of forming, on an insulating substrate, an extraction electrode and a cathode having a side surface which is spaced apart from the extraction electrode and whose width of a side surface is larger than the width of the extraction electrode, the extraction electrode of the cathode. A step of forming metal oxide fine particles in a range wider than the width of the extraction electrode on the side surface facing to, and within the range of the width of the extraction electrode, the metal oxide fine particles are not formed at a plurality of locations. A step of forming the metal oxide fine particles while leaving a portion where the cathode is exposed, a step of reducing and aggregating the metal oxide fine particles into metal fine particles, and a step of growing fibrous carbon on the metal fine particles.
A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising:
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JP2007324064A (en) * 2006-06-02 2007-12-13 Sonac Kk Cold-cathode electron source

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