JP3769149B2

JP3769149B2 - Electron-emitting device, manufacturing method thereof, and image forming apparatus using the electron-emitting device

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Publication number: JP3769149B2
Application number: JP22044599A
Authority: JP
Inventors: 康之滝口; 智博井上; 忠雄桂川; 興利木村; 俊晴村井; 裕幸高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2019-08-03
Also published as: JP2001052598A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明の第一は、冷陰極電子放出素子、詳しくは表面伝導型電子放出素子と該電子放出素子の製造方法に関する。
本発明の第二は、前記表面伝導型電子放出素子を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、冷陰極電子放出素子には電界放出型、金属／絶縁層／金属型、表面伝導型が知られている。
【０００３】
電界放出型
そのうち、先鋭なエミッター形状を有する電界放出型は１００％近い放出効率が得られ、最も高効率であるが、エミッターの形状を加工するのに複雑な成膜、パターン形成を必要とし、加工精度や大面積化にも問題がある。
【０００４】
表面伝導型
一方、Ｅ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏｎＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０（１９６５）などに開示されている表面伝導型は高度の微細加工を必要とせず、大面積化が容易であるという利点を有している。図９は従来の表面伝導型の素子構成を示した上面図である。また、図１０は同素子の断面図である。
ガラス、セラミックス、プラスチックス等の基板１上にＳｎＯ_２やＡｕなどの電極２１、２２が構成されている。３２は電極間に構成された溝または変質した高抵抗部である。電極２１、２２はフォトリソグラフィー等の方法により別個の電極として形成することもでき、別の方法としては、同一電極として形成した後レーザートリミングや通電フォーミング処理と呼ばれる方法によって高抵抗部分３２を形成する方法もとられる。このような構造において電極の両端に電圧を印加し、膜面に平行に電流を流すとトンネル効果によって高抵抗部分から電子が放出される。
【０００５】
通電フォーミング法では電極形成に高度の微細加工を必要としないが、電子がゲート２２へ流れやすく、そのため電子放出効率が悪く、消費電流が増加するとともに、エミッター２１やゲートが破壊しやすいという問題があった。また、この方法で得られる高抵抗部の幅は比較的広く、電子放出に高い電圧を必要とするという問題がある。
また、通電フォーミング法では、高抵抗部分形成の再現性が低く、放出素子をアレイ状に形成した場合に、均一な放出特性を得ることが難しいという問題があった。また、用いる電極材料の仕事関数が高いため放出効率が低いという問題も有している。
【０００６】
一方、フォトリソグラフィー等でパターン形成する場合には、狭い電極間の距離を均一に制御することが難しいという課題がある。また、用いる電極材料の仕事関数が高いため放出効率が低いという問題も有している。また、いずれの方式おいても、電極上への不純物の吸着によって特性が変化しやすいという問題も有している。
【０００７】
ＩＤＷ９６，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ５２３（１９６６）には電極２１、２２にＰｄＯの超微粒子膜を用い、フォーミング処理によって電極間に微少な空隙を形成する方法が開示されている。エミッターとゲートの間に電圧を印加すると空隙からトンネル効果により電子が放出される。この方法は、放出電圧は低いものの放出効率が極端に低くなるという問題を有している。また、フォーミング処理の効果が超微粒子膜の膜厚等の性状に依存するため、均一な放出特性が得られにくいという問題がある。また、用いる電極材料の仕事関数が高いため放出効率が低いという問題も有している。また、電極上への不純物の吸着によって特性が変化しやすいという問題も有している。
【０００８】
特開平７−２３５２５５には表面伝導型の高抵抗部に真空中で通電することによりアモーファスカーボンやグラファイトを堆積することによって電子放出特性を安定化する技術が開示されている。しかしながらこの場合には、アモーファスカーボンやグラファイトの堆積が、系内の炭素元濃度、電極抵抗など多くの因子に依存するため堆積膜厚や堆積膜の電気的特性の再現性が乏しく、電子放出特性の均一化が得られにくい上、電子放出の効率、安定性も十分ではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第一の目的は、高効率で、高い信頼性を有し、生産とその特性の制御が容易で、均一な電子放出特性を有する表面伝導型の電子放出素子を提供することにある。
本発明の第二の目的は、上述のような特性を有する電子放出素子の製造法を提供することにある。
本発明の第三の目的は、前記電子放出素子を用いることで、高効率で、高い信頼性を有し、高輝度で、生産と特性の制御が容易で画像の均一性が高い均一な画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、前記課題を解決するために、一対の電極と該電極間に形成された電子放出部を有する表面伝導型電子放出素子において、電子放出部の少なくとも一部がカーボンナノチューブを含有する炭素質により形成されていることを特徴とする電子放出素子を提供することにある。
【００１１】
上述のように電子放出部の少なくとも一部をカーボンナノチューブを含有する炭素質で形成することにより、電子放出部の電極距離がカーボンナノチューブが存在しないときに比べて実質的に狭められている電極間距離を高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる電子放出素子を提供できる。さらに、従来、電極間距離を短くすることができなかったフォトリソグラフィー等の方法においても、上述のように短い電極間距離を高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。
【００１２】
本発明の電子放出素子において、カーボンナノチューブを含有する炭素質は、好ましくは電極表面に固着されてなり、さらに好ましくは、カーボンナノチューブを含有する炭素質は一方の電極のみ、より一層好ましくは、低電位電極のみに形成された電子放出素子である。
上述のように、カーボンナノチューブを含有する炭素質を電極表面に固着することにより、電子放出部に低仕事関数で細いカーボンナノチューブを主成分とする炭素質を形成したため、高効率であり、かつ残存ガス等による特性変化を受けにくい電子放出素子が得られる。また、本発明の電子放出素子において、カーボンナノチューブを主成分とする炭素質を一方の電極のみに形成すると、加えて均一な電子放出特性が得られる。
【００１３】
また、本発明の電子放出素子においては、カーボンナノチューブ構造を電子伝導方向に配列した構成のものとすることにより、さらに高い電子放出効率を得ることができ、また、短い電極間距離をさらに高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。また、上述のような構成を採用することによりフォトリソグラフィー等の方法においても、さらに短い電極間距離を高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。
【００１４】
さらに本発明の電子放出素子においては、カーボンナノチューブを含有する炭素質を対向する電極端部に集中して形成されてなるものがより好ましい。
上述のように、カーボンナノチューブを含有する炭素質を対向する電極端部に集中して形成することにより、電界がカーボンナノチューブ先端に集中するため高い電子放出効率を得ることができる。また、短い電極間距離をさらに高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。また、フォトリソグラフィー等の方法においても、上述のような構成を採用することによりさらに短い電極間距離を高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。
【００１５】
電子放出部の少なくとも一部をカーボンナノチューブ含有炭素質により形成する方法としては、電子放出部、例えば電極の少なくとも一部または電極表面にカーボンナノチューブを気相から堆積、成長させるための触媒を有し、該触媒上に選択的にカーボンナノチューブを気相から堆積、成長させる方法が挙げられる。この方法においては、電子放出部の表面に、底部または頂部にカーボンナノチューブを気相から堆積、成長させるための触媒を有する凹凸構造を設け、該触媒上に選択的にカーボンナノチューブを気相から堆積、成長させることが好ましい。
上述の方法によると、優れた特性を有する電子放出素子を再現性良く形成できる工業的な方法を提供することができた。また、表面伝導型の最も重要な課題である放出特性の均一化を容易に解決できた。
【００１６】
電子放出部の少なくとも一部をカーボンナノチューブ含有炭素質により形成する他の方法としては、電極または電極の一部または電極の表面にカーボンナノチューブを電気化学的手法を用いて堆積させる製造方法や電極または電極の一部または電極の表面にカーボンナノチューブを含有する炭素質を電極上での酸化還元反応を用いて堆積させる方法が挙げられる。これらの製造方法によっては、簡便な方法で本発明の放出素子を提供することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、電子放出部の少なくとも一部にカーボンナノチューブを含有する炭素質を形成した電子放出素子を備えた画像形成装置が提供される。該画像形成装置は上述の均一で高い放出特性を有し、高信頼性の電子放出素子を備えているため、発光効率が高く、低電圧で動作し、高信頼性の画像形成装置を提供することができる。また、電子放出素子が残存ガス等の影響を受けにくいため、超高真空にしなくても安定な発光が得られ、製造が容易である。
【００１８】
上述のように、本発明の特徴点は表面伝導型の電子放出素子の電子放出部にカーボンナノチューブを配している点にある。カーボンナノチューブは仕事関数が小さく（４．６ｅＶ）、金属電極をエミッターに用いた場合に比べて、低いしきい値電圧で電子放出を行わせることができる。さらには、カーボンナノチューブは金属電極に比べてガス等の残留成分があった場合でもこれらの成分の吸着、堆積による仕事関数の変化が小さく、比較的低真空化でも電子放出特性が変化しにくく、長期の使用によっても特性が変化しにくいという利点を有する。加えて、カーボンナノチューブは１０ｎｍ程度の太さで長さは数μｍ程度まで作成可能であり、このような高いアスペクト比を有し、かつ、良導体であるため、電界を印加した場合には、電界が特に高抵抗部近傍のカーボンナノチューブ先端に集中し、低電圧で効率よく電子放出を行わせることができるという特徴を有する。このような形状因子に起因する効果は従来のグラファイトやアモーファスカーボンでは発現し得ない大きな特徴である。
【００１９】
【発明の実施形態】
次に、本発明の構成を図示して説明する。
図１１は本発明の電子放出素子の一例の上面図である。基本的な構成は図９と類似であるが、電子放出部である高抵抗部３１近傍の構成が異なる。
図１は本発明の電子放出素子の一例の電子放出部近傍の断面図である。
図１において、支持体（基板）１上に一対の電極２１、２２が形成されており、電極間には高抵抗部３１が形成されている。電極２１、２２上にはカーボンナノチューブ４１、４１′が配置され、電子放出部を形成している。電極２１を低電位電極、電極２２を高電位電極として両電極間に電圧を印加すると、２１から２２に向けて電子放出を生ずる。放出された電子のうち一部または、電極２２での散乱電子、または２次電子は図上方に配置され（図示せず）、高電位状態とされたアノードに引き寄せられることにより、電子がアノードに向けて放出される。
【００２０】
本発明では、電子放出部にカーボンナノチューブを配している。カーボンナノチューブは１０ｎｍ程度の太さで長さは数μｍ程度まで作成可能であり、このような高いアスペクト比を有し、かつ、良導体であるため、本発明のように電界を印加した場合には、電界が特に高抵抗部近傍のカーボンナノチューブ先端に集中し、低電圧で効率よく電子放出を行わせることができるという特徴を有する。また、カーボンナノチューブは仕事関数が小さく（４．６ｅＶ）、金属電極をエミッターに用いた場合に比べて、低いしきい値電圧で電子放出を行わせることができる。さらには、カーボンナノチューブは金属電極に比べてガス等の残留成分があった場合でもこれらの成分の吸着、堆積による仕事関数の変化が小さく、比較的低真空化でも電子放出特性が変化しにくく、長期の使用によっても特性が変化しにくいという利点を有する。
【００２１】
電極２１、２２としてはＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、または合金、およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ_２、Ｐｄ−Ａｇ等の金属あるいは金属酸化物の微粒子導体、シリコン、酸化インジウム、酸化錫等の半導体を用いることができる。高抵抗部の形成は、従来公知のフォーミング法またはフォトリソグラフィーを用いた電極のパターン形成を採用できる。高抵抗部（電極間）の幅Ｌは数百オングストローム〜数μｍであることが好ましい。また、本図では高抵抗部を溝状Ｌで図示したが、縞状等で導電部材が残存していても良い。溝状Ｌが小さい場合にはゲート電流と呼ばれるエミッター電極２１からゲート電極への電流が多くなり、電子の放出効率が低下し、消費電流が増加する。また高抵抗部（電極間）の幅Ｌが大きすぎる場合にはしきい値電圧が上昇し、駆動電圧が上昇してしまう。
【００２２】
カーボンナノチューブ４１、４１′を電極上に形成するには、アーク放電等により別途合成したカーボンナノチューブを電気化学的または物理的に付着、固着させる方法、同様にして塗布または印刷した後、所定パターンにパターン形成する方法、および気相から電極上に堆積、成長させる方法を例示できる。電気化学的方法としては、カーボンナノチューブを電気泳動法により電極上に堆積する方法が知られている。また、電極上での酸化還元反応を利用した堆積方法たとえばフェロセン誘導体等を界面活性剤として用いたミセル電解法も好ましく用いることができる。
【００２３】
気相成長法としてはＣＶＤ（化学的気相堆積法）法を好適な例として例示することができる。これはアセチレン、エチレン、ベンゼン、プロピレン、２−アミノ−４，６−ジクロロ−ｓ−トリアジンなどの有機物を炭素源とし気相中でこれらを分解し、基材上にカーボンナノチューブを成長させるものである。この場合、基材上に触媒をあらかじめ形成することにより、触媒上に選択的にカーボンナノチューブを成長させることができ、このため、電極材料として触媒材料を用いれば電極上に選択的にカーボンナノチューブを形成することができるため好ましい。また、特定の場所に触媒を形成した場合には、所望の場所に選択的にカーボンナノチューブを形成することができる。
【００２４】
触媒材料としてはＳｃ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕ等が例示されるが、なかでも、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔが好ましい。図１では５１、５２が触媒層に相当する。前述のように触媒は図のように電極上に形成されていても良く、また電極そのものを触媒材料で形成することもできる。また、図１のように均一な膜ではなくパターンまたは島状に形成されていても良い。また、電極を微粒子で形成する場合には、微粒子中に存在していても良い。
【００２５】
図２は、本発明の電子放出素子の別の構成例を示したものである。この場合、カーボンナノチューブは低電位側の電極に形成されており、高電位電極側は金属または半導体等の膜で構成されている。この場合、ゲート電極が面で構成されるのでより均一な放出特性が得られる。このような構成を実現するためには、カーボンナノチューブを一方の電極のみに印刷で形成するか、電極２１に選択的に電圧を印加することにより電気化学的に付着させる方法、図中４１のように触媒を一方の電極のみに形成し気相成長させる方法、電極２１を触媒で構成し、電極２２を非触媒性導電材料で形成し、気相成長法で形成する方法、あらかじめ形成したカーボンナノチューブ膜をフォトリソグラフィー等の方法でパターン形成する方法などを例示することができる。
【００２６】
図３は、本発明の電子放出素子の別の構成例を示したものであり、カーボンナノチューブ４１を電極間に配置させることにより電極２１と２２の間の実質的な放電距離がＬからＬ_１に狭められている。放電距離は放出のしきい値電圧を決定する重要な因子であり、厳密に制御する必要がある。この間隔が素子によって変化すると放出特性が変化し、たとえばフィールドエミッションディスプレイの電子放出源として用いた場合には、輝度むらを引き起こし好ましくない。電極２１、２２に金属または半導体電極を用い、フォーミング処理を行った際の高抵抗部分の幅Ｌはμｍオーダーと比較的大きく、このままでは放出電圧が高くなってしまう。この構成において、図３に図示した方法を適用することにより、ＣＮＴの成長を制御することによって、より小さいＬ_１を得ることができ、低電圧化を達成することができる。また、電極２１、２２をフォトリソグラフィー等の公知の方法でパターン形成した場合には、フォトリソグラフィーの限界によりＬを０．５μｍ以下で精度よく制御することが難しい。この場合について、本発明を適用した場合には、例えば１μｍ程度のＬであっても、カーボンナノチューブの成長制御によって短いＬ_１を再現性良く得ることができ、低電圧での電子放出を安定して実現することができる。このように、カーボンナノチューブの長さを厳密に制御することが可能なため、放出特性に大きな影響を与える電極間距離Ｌ_１をさらに厳密、しかも簡便な方法で制御することができる。また、電子放出源が先端が細いカーボンナノチューブであるので、電界集中によって従来の面状の放出電極に比べて高い放出効率を得ることができる。カーボンナノチューブの長さの制御は、電気化学的に付着させる方法では通電時間または電圧または原料となるカーボンナノチューブの長さを選択することによって実現できる。また、気相成長では原料炭化水素の供給量、分解温度、成長時間などの基本的成長条件を制御することにより行われる。
【００２７】
図４は、本発明の別の電子放出素子の構成例を示したものであり、電子放出部の少なくとも一部にカーボンナノチューブを主成分とする炭素質が、電子伝導方向に配列した構造を図示したものである。本図において電子放出部３１においてカーボンナノチューブ４１は電極２１から電極２２の方向すなわち電子伝導の方向に配列している。このような構成により、電極間距離Ｌ_１をより精密に制御できるとともに、電界の方向にカーボンナノチューブが配列しているため、カーボンナノチューブ先端からの電子の放出がより効率よく行わせることができる。さらに、カーボンナノチューブの長さを厳密に制御することが可能なため、放出特性に大きな影響を与える電極間距離Ｌ_１をさらに厳密、しかも簡便な方法で制御することができる。このような構造を実現するためには、図５に模式的に示したように、電極または電極上に微細な凹構造または凸構造を設け、凹凸に対応させて触媒５１を配し、これに気相成長法によってカーボンナノチューブを形成する方法を好ましく例示することができる。なお、図５では電極２２は省略して記述してある。
【００２８】
凹凸構造としては、フォトレジスト等を用いてフォトリソグラフィーによりレジストパターンの凹凸を形成する方法、またはフォトリソグラフィー等の方法で金属等の表面に凹凸を形成する方法、多孔質膜シリカや多孔質アルミナ膜を形成し、この孔部を利用する方法などを好ましく例示することができる。特に多孔質アルミナはアルミの陽極酸化によって形成可能であり、カーボンナノチューブの成長に適した微細な多孔質構造がえられるため、工業的および配向の制御の点で最も好ましい方法である。孔径または突起の径としては５ｎｍ〜１μｍが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲である。
【００２９】
図７は本発明の電子放出素子の別の実施例を示したものであり、図５においてカーボンナノチューブを電極２１の断面にのみ設けた例である。この場合、さらに電界が電極間のカーボンナノチューブに集中するため、さらに高い効率の電子放出が得られる。
【００３０】
図６は、本発明の電子放出素子の別の実施例を示したものであり、図７においてカーボンナノチューブを電子伝導方向に配列させた例である。この場合、さらに電界が電極間のカーボンナノチューブに更に集中するため、さらに高い効率の電子放出が得られるとともに、Ｌ_１を容易にかつ精度良く制御することが可能となる。
【００３１】
本発明において電極の形状はエミッター電極とゲート電極の配線設計、電極の抵抗、電子放出特性、用途など多くの因子で決定される。典型的にはＷ_２は１μｍ〜１００μｍであり、Ｗ_４や２１、２２の大きさは、１μｍから１ｍｍの範囲である。電極２１、２２の厚さは１０ｎｍから数１０μｍの範囲である。
用いることのできるカーボンナノチューブとしては、単層ナノチューブおよび多層ナノチューブを用いることができる。ナノチューブの直径は単層の場合、１ｎｍ〜３ｎｍであり、多層の場合１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が好ましい。また、単層ナノチューブが寄り集まってロープと呼ばれる束上の集合体を形成していても良い。これらのうち、電子放出特性の点から多層型のカーボンナノチューブを特に好ましく用いる。これらの構造は、カーボンナノチューブを形成する際の成長条件や触媒、成長方法によって制御可能である。また、カーボンナノチューブを含む炭素質にはナノパーティクルと呼ばれる炭素多面体微粒子が含まれていても良い。これは、カーボンナノチューブ生成の際の副生成物として含まれるものである。炭素質にしめるカーボンナノチューブの割合は２０％以上であることが好ましく、４０％以上であることが好ましい。この割合が低いと電子放出効率が低下する。また、カーボンナノチューブの先端のキャップ部を取り去ることもできる。この場合、形状効果によってさらに高効率の放出特性が得られるので好ましい。キャップを取り去るには、酸化等の方法でカーボンナノチューブを部分的に分解することにより行うことができる。
以上の図ではカーボンナノチューブは理想的に電極上に形成されるとして説明したが、電極外の高抵抗部にも形成されていても良い。ただし、この密度が高いと電極２１、２２が短絡するため、少なくとも短絡しない密度に抑制する必要がある。また、特に説明のない限り、カーボンナノチューブからなる炭素質材料は電極２２にも形成されていても良いことは明らかである。さらに、高抵抗部位は溝状に電極が完全に欠損しているように説明したが、電極部材等が断続的に形成されていても良く、また、高抵抗部材が存在することもできる。
【００３２】
本発明の電子放出素子は、電子放出を必要とする多くのデバイスに適用可能である。なかでも、低電圧で高効率、均一性という特長を生かして、一般にフィールドエミッションディスプレイまたは真空マイクロディスプレイと呼ばれる画像形成装置に特に好適に用いられる。
【００３３】
図８は、図３の構成例の電子放出素子を用いた真空マイクロディスプレイの構成例である。なお、本図の構成のものは本発明の画像形成装置の一例であり、本図の構成のものに限定されるものではない。
図中、１〜５１は前述の図と同じ意味を有する。７１は絶縁膜、８１はエミッター配線電極である。ゲート配線は紙面に直交する方向になされ、ゲート電極とマトリクス構造を形成している。９１はアノード電極であり、選択画素にはエミッター＜ゲート＜アノードとなるような電位が印加される。ゲート電圧によってエミッターから引き出された電子は、電位勾配に従って加速されアノードに衝突する。１０１は蛍光体であり、アノードを突き抜けた電子は蛍光体に衝突し、蛍光体の発光を促す。１２は対向基板でありガラス等の透光性部材が用いられる。基板間の空間はフリットガラス等の外周シール１１１によって密閉され、内部は１０^−５Ｔｏｒｒ〜１０^−８Ｔｏｒｒの真空が維持される。空隙の厚さｄは数十μｍから数ｍｍの範囲である。本発明になる真空マイクロディスプレイは上述のように、高効率で均一な電子放出特性を有し、高信頼性の電子放出素子を備えているため、発光効率が高く、低電圧で動作し、高信頼性の画像形成装置を提供することができる。また、電子放出素子が残存ガス等の影響を受けにくいため、高真空にしなくても１０^−６Ｔｏｒｒ程度の真空度で安定な発光が得られ、製造が容易である。
【００３４】
【実施例】
以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。実施例においては電極はＷ_２＝１００μｍ、Ｗ_４＝５０μｍとし、基板にはガラスを使用した。
【００３５】
実施例１
ガラス基板の上にＳｉＯ_２からなる下引き層を５００Ａの厚さで形成後、フォトリソグラフィー法を用いて、図１に示す電極構造を形成した。Ｌ＝２μｍとした。
ついで、アセチレンを炭素源とし、アンモニアを希釈ガスとして６５０℃の分解温度でカーボンナノチューブを生成させた。カーボンナノチューブはＮｉ表面をほぼ覆うように形成され、図１に示す電子放出素子を形成できた。
この素子の特性を１０^−７Ｔｏｒｒの真空中、アノード電圧１ＫＶにて測定したところ、安定した電子放出が確認され、放出効率（放出電流／ゲート電流）は２％であった。また、連続した放電においても放出特性はほとんど変化しなかった。
【００３６】
比較例１
実施例１において、カーボンナノチューブを形成せずに放出特性を測定したところ、放出効率は約１％であり、しきい値電圧は実施例の２倍であった。また、連続した通電で、徐々に放出特性が低下することが確認された。
【００３７】
実施例２
実施例１において電極２１（低電位電極）上にのみカーボンナノチューブを形成した。この素子の電子放出特性を同様にして測定したところ、効率、しきい値電圧は実施例１とほぼ同等であったが、放出特性はさらに安定していた。また、実施例１と同様に、放出特性の経時変化は見られなかった。
【００３８】
実施例３
ガラスの上にＳｉＯ_２からなる下引き層を５００Ａの厚さで形成後、スパッタリング法により、５０ｎｍの厚さでＮｉ膜を形成した。フォトリソグラフィー法を用いて、図１に示す電極構造を形成した。Ｌ＝２μｍとした。さらに、アセチレンを炭素源とし、アンモニアを希釈ガスとして６５０℃の分解温度でカーボンナノチューブを生成させた。カーボンナノチューブはＮｉ表面と断面を覆うように形成され、図３示す電子放出素子を形成できた。カーボンナノチューブは電極２１から電極２２の方向に向けても成長し、これにより実際の電極間距離は１００ｎｍに制御することができた。この素子の特性を１０^−７Ｔｏｒｒの真空中、アノード電圧１ＫＶにて測定したところ、安定した電子放出が確認され、放出効率（放出電流／ゲート電流）は０．５％であった。また、連続した放電においても放出特性はほとんど変化しなかった。
【００３９】
比較例２
実施例３において、ガラスの上にＳｉＯ_２からなる下引き層を５００Ａの厚さで形成後、スパッタリング法により、５０ｎｍの厚さでＮｉ膜を形成した。フォトリソグラフィー法を用いて、Ｌ＝１００ｎｍである電極構造の形成を試みたが、パターンの再現性が無く、カーボンナノチューブを設けずに測定した放出特性も再現性が得られなかった。これに対して、実施例３では、上述のようにＬ＝２μｍであるが、ＣＮＴを設けることによって、実質的に放出部の幅を１００ｎｍにし、安定した放出が得られた。
【００４０】
実施例４
電極として超微粒子Ｐｄ膜を形成し、フォーミング処理によって１００ｎｍの亀裂を形成した。ついでアセチレンを炭素源とし、アンモニアを希釈ガスとして６５０℃の分解温度でカーボンナノチューブを生成させた。カーボンナノチューブはＰｄ表面と断面を覆うように形成され、図３に示す電子放出素子を形成できた。カーボンナノチューブは電極２１から電極２２の方向に向けても成長し、これにより実際の電極間距離は１０ｎｍに制御することができた。この素子の特性を１０^−７Ｔｏｒｒの真空中、アノード電圧１ＫＶにて測定したところ、安定した電子放出が確認され、放出効率（放出電流／ゲート電流）は０．３％であった。また、連続した放電においても放出特性はほとんど変化しなかった。
【００４１】
比較例３
電極として超微粒子Ｐｄ膜を形成し、フォーミング処理によって１０ｎｍの亀裂を形成した。この素子の特性を１０^−７Ｔｏｒｒの真空中、アノード電圧１ＫＶにて測定したところ、電子放出が確認されたが安定性に乏しく、放出効率（放出電流／ゲート電流）は０．１％であった。また、連続した放電において、放出効率の低下が観察された。
【００４２】
比較例４
実施例４において、カーボンナノチューブを形成せずに電極２１に通電することによりアモーファスカーボンを電極２１に堆積させた。この素子の効率は０．２％であり、実施例４の方が優れていた。また、再現性においても実施例４が優れていた。
【００４３】
実施例５
ガラスの上にＳｉＯ_２からなる下引き層を５００Ａの厚さで形成後、スパッタリング法により、５０ｎｍの厚さでＮｉ膜を形成した。その上にさらにＡｌを５０ｎｍの厚さで形成した。ついで陽極酸化法によりＡｌをポーラスアルミナとした。このときアルミナに形成された孔はＮｉに到達するよう反応性イオンエッチング処理を行った。このようにして、図５に示す電極構造を形成した。Ｌは２μｍとした。アルミナの細孔は直径約４０ｎｍであった。さらに、アセチレンを炭素源とし、アンモニアを希釈ガスとして６５０℃の分解温度でカーボンナノチューブを生成させた。カーボンナノチューブはアルミナの細孔中に垂直に立って形成され、図５に示す電子放出素子を形成できた。カーボンナノチューブは電極２１から電極２２の方向に向けても基板に平行に成長し、これにより実際の電極間距離は１００ｎｍに制御することができた。この素子の特性を１０^−７Ｔｏｒｒの真空中、アノード電圧１ＫＶにて測定したところ、安定した電子放出が確認され、放出効率（放出電流／ゲート電流）は０．６％であった。また、連続した放電においても放出特性は変化しなかった。
【００４４】
実施例６
実施例５においてポーラスアルミナを電極２１の端部のみに形成した。このようにして、図６に示す電極構造を形成した（ただし、図６は右方にある電極２２は図示されていない。）。Ｌは２μｍとした。アルミナの細孔は直径約４０ｎｍであった。さらに、アセチレンを炭素源とし、アンモニアを希釈ガスとして６５０℃の分解温度でカーボンナノチューブを生成させた。カーボンナノチューブはアルミナの細孔中に垂直に立って形成され、図６に示す電子放出素子を形成できた。カーボンナノチューブは電極２１から電極２２の方向に向けて基板に平行に成長し、これにより実際の電極間距離は１００ｎｍに制御することができた。
この素子の特性を１０^−７Ｔｏｒｒの真空中、アノード電圧１ＫＶにて測定したところ、安定した電子放出が確認され、放出効率（放出電流／ゲート電流）は０．６％であった。また、連続した放電においても放出特性は変化しなかった。
【００４５】
実施例７
ガラスの上にＳｉＯ_２からなる下引き層を５００Ａの厚さで形成後、スパッタリング法により、５０ｎｍの厚さでＳｎＯ_２／Ｉｎ_２Ｏ_３膜を形成した。フォトリソグラフィー法を用いて、図１に示す電極構造を形成した。Ｌ＝１μｍとした。
アーク放電法で別途作成したカーボンナノチューブ（長さ０．８μｍ、径１０ｎｍ）をフェロセン誘導体の界面活性剤ＦＰＥＧ（同人化学製）を用い、ＦＰＥＧの５倍量支持塩（ＬｉＢｒ）を併用することでカーボンナノチューブをミセル化した。電極２１を陽極、白金を陰極として０．５Ｖの定電位電界を行い、電極にカーボンナノチューブを堆積させた。カーボンナノチューブはＳｉＯ_２表面と断面を覆うように形成され、図３に示す電子放出素子を形成できた。カーボンナノチューブは電極２１から電極２２の方向に向けても成長し、これにより実際の電極間距離は２００ｎｍに制御することができた。この素子の特性を１０^−７Ｔｏｒｒの真空中、アノード電圧１ＫＶにて測定したところ、安定した電子放出が確認され、放出効率（放出電流／ゲート電流）は０．４％であった。また、連続した放電においても放出特性はほとんど変化しなかった。
【００４６】
実施例８
実施例３の電子放出素子を１６×１６のアレイ状に形成し図８に示す真空マイクロディスプレイを構成した。７１の絶縁膜にはＳｉＯ_２を用い、８１のエミッター配線電極にはＡｌを用いた。９１のアノード電極にはＡｌを用いた。蛍光体にはＺｎＯ：Ｚｎを用いた。エミッター−アノード間の距離は２ｍｍとした。真空度は１０^−７Ｔｏｒｒとした。このディスプレイは、きわめて均一な発光を生じ、連続動作においても輝度低下は見られなかった。
【００４７】
【効果】
１．一対の電極と該電極間に形成された電子放出部を有する表面伝導型電子放出素子において、電子放出部に低仕事関数で細いカーボンナノチューブを主成分とする炭素質を形成したため高効率であり、かつ残存ガス等による特性変化を受けにくい電子放出素子が提供された。
２．カーボンナノチューブを主成分とする炭素質が一方の電極のみに形成された本発明になる電子放出素子は、１の効果に加えて均一な電子放出特性が得られる。
３．上記効果に加え、さらに高い電子放出効率を得ることができる。また、短い電極間距離をさらに高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。また、フォトリソグラフィー等の方法においても、本発明によりさらに短い電極間距離を高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。
４．電界がカーボンナノチューブ先端に集中するため高い電子放出効率を得ることができる。また、短い電極間距離をさらに高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。また、フォトリソグラフィー等の方法においても、本発明の構成を採用することによりさらに短い電極間距離を高精度かつ簡便に形成、制御できるために、低電圧で動作でき、また均一な電子放出特性を得ることができる。
【００４８】
５．上述の優れた特性を有する電子放出素子を再現性良く形成できる工業的な方法を提供することができた。また、本方法によれば、表面伝導型の最も重要な課題である放出特性の均一化を容易に解決できた。
６．簡便な方法で本発明の放出素子を提供することができる。
７．均一で高い放出特性を有し、高信頼性の電子放出素子を備えているため、発光効率が高く、低電圧で動作し、高信頼性の画像形成装置を提供することができる。また、電子放出素子が残存ガス等の影響を受けにくいため、超高真空にしなくても安定な発光が得られ、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子放出素子の一構成例（電極上にはカーボンナノチューブ４１、４１′が配置され、電子放出部を形成）の電子放出部近傍の断面図である。
【図２】本発明の電子放出素子の別の構成例（ＣＮＴは低電位側の電極に形成されており、高電位電極側は金属または半導体等の膜で構成）の電子放出部近傍の断面図である。
【図３】本発明の電子放出素子の別の構成例（ＣＮＴを電極間に配置）の電子放出部近傍の断面図である。
【図４】本発明の電子放出素子の別の構成例（ＣＮＴを主成分とする炭素質が、電子伝導方向に配列した構造）の電子放出部近傍の断面図である。
【図５】本発明の電子放出素子の別の構成例（電極または電極上に微細な凹構造または凸構造を設けた構成）の電子放出部近傍の断面図である。
【図６】本発明の電子放出素子の別の構成例（図７においてＣＮＴを電子伝導方向に配列させた構成）の電子放出部近傍の断面図である。
【図７】本発明の電子放出素子の別の構成例（図５においてＣＮＴを電極２１の断面にのみ設けたた構成）の電子放出部近傍の断面図である。
【図８】図３の構成例の電子放出素子を用いた真空マイクロディスプレイの断面図である。
【図９】従来の表面伝導型の素子構成を示した上面図である。
【図１０】従来の表面伝導型の素子構成を示した断面図である。
【図１１】本発明の電子放出素子の一例の上面図である。
【図１２】図１の電子放出部の拡大説明図である。
【符号の説明】
１基板
１２対向基板
２１電極
２２電極
３１電極間に構成された高抵抗部
３２電極間に構成された溝または変質した高抵抗部
４１カーボンナノチューブ
４１′ カーボンナノチューブ
５１触媒層
５２触媒層
６１微細な凹構造
７１絶縁膜
８１エミッター配線電極
９１アノード電極
１０１蛍光体
１１１外周シール
ｄ空隙の厚さ
Ｌ高抵抗部（電極間）の幅または電極間に構成された溝
Ｌ_１高抵抗部（電極間）の幅または電極間に構成された溝
Ｗ_１カソード電極とゲート電極の合計の長さ（１μｍ〜１ｍｍ）
Ｗ_２電子放出部をフォーミング処理により形成するための高抵抗部位の幅（１μｍ〜１００μｍ）。ただしＷ_２＜Ｗ_１
Ｗ_３カソード電極とゲート電極の幅（１μｍ〜１ｍｍ）
Ｗ_４電子放出部をフォーミング処理により形成するための高抵抗部位の長さ（１μｍ〜１ｍｍ）。ただしＷ_４＜Ｗ_３ [0001]
【Technical field】
The first of the present invention relates to a cold cathode electron-emitting device, and more particularly to a surface conduction electron-emitting device and a method for manufacturing the electron-emitting device.
The second of the present invention relates to an image forming apparatus provided with the surface conduction electron-emitting device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, field emission type, metal / insulating layer / metal type, and surface conduction type are known as cold cathode electron-emitting devices.
[0003]
Among the field emission types, the field emission type having a sharp emitter shape has an emission efficiency close to 100%, which is the highest efficiency, but requires complex film formation and pattern formation to process the emitter shape, There are also problems in processing accuracy and large area.
[0004]
Surface conduction type, I. Elinson, Radiion Eng. Electron Phys. , 10 (1965), etc. have the advantage that they do not require a high degree of microfabrication and are easy to increase in area. FIG. 9 is a top view showing a conventional surface conduction type element structure. FIG. 10 is a sectional view of the element.
Electrodes 21 and 22 such as SnO ₂ and Au are formed on a substrate 1 made of glass, ceramics, plastics or the like. Reference numeral 32 denotes a groove formed between the electrodes or an altered high resistance portion. The electrodes 21 and 22 can also be formed as separate electrodes by a method such as photolithography. As another method, the high resistance portion 32 is formed by a method called laser trimming or energization forming after forming the same electrode. The method is taken. In such a structure, when a voltage is applied to both ends of the electrode and a current is passed in parallel to the film surface, electrons are emitted from the high resistance portion by the tunnel effect.
[0005]
The energization forming method does not require a high degree of microfabrication for electrode formation. However, electrons are likely to flow to the gate 22, so that electron emission efficiency is poor, current consumption increases, and the emitter 21 and the gate are easily destroyed. there were. In addition, the width of the high resistance portion obtained by this method is relatively wide, and there is a problem that a high voltage is required for electron emission.
Further, the energization forming method has a problem that the reproducibility of forming the high resistance portion is low, and it is difficult to obtain uniform emission characteristics when the emission elements are formed in an array. Moreover, since the work function of the electrode material to be used is high, there is a problem that the emission efficiency is low.
[0006]
On the other hand, when forming a pattern by photolithography or the like, there is a problem that it is difficult to uniformly control the distance between narrow electrodes. Moreover, since the work function of the electrode material to be used is high, there is a problem that the emission efficiency is low. In addition, in any method, there is a problem that the characteristics are easily changed by the adsorption of impurities onto the electrode.
[0007]
IDW96, Tech. Digest, p523 (1966) discloses a method in which ultrafine particle films of PdO are used for the electrodes 21 and 22, and minute voids are formed between the electrodes by forming treatment. When a voltage is applied between the emitter and the gate, electrons are emitted from the gap by the tunnel effect. This method has a problem that although the emission voltage is low, the emission efficiency becomes extremely low. In addition, since the effect of the forming process depends on properties such as the thickness of the ultrafine particle film, there is a problem that it is difficult to obtain uniform release characteristics. Moreover, since the work function of the electrode material to be used is high, there is a problem that the emission efficiency is low. In addition, there is a problem that characteristics are easily changed by adsorption of impurities on the electrode.
[0008]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-235255 discloses a technique for stabilizing electron emission characteristics by depositing amorphous carbon or graphite by energizing a surface conduction type high resistance portion in a vacuum. In this case, however, the deposition of amorphous carbon and graphite depends on many factors such as the carbon source concentration in the system and electrode resistance, so the reproducibility of the deposited film thickness and the electrical characteristics of the deposited film is poor, and electron emission It is difficult to obtain uniform characteristics, and the efficiency and stability of electron emission are not sufficient.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
A first object of the present invention is to provide a surface conduction electron-emitting device having high efficiency, high reliability, easy production and control of its characteristics, and uniform electron emission characteristics. .
A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electron-emitting device having the above characteristics.
A third object of the present invention is to provide a uniform image with high efficiency, high reliability, high brightness, easy control of production and characteristics, and high image uniformity by using the electron-emitting device. It is to provide a forming apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A feature of the present invention is that, in order to solve the above-described problem, in a surface conduction electron-emitting device having a pair of electrodes and an electron-emitting portion formed between the electrodes, at least a part of the electron-emitting portion contains carbon nanotubes. Another object of the present invention is to provide an electron-emitting device characterized by being made of carbonaceous material.
[0011]
As described above, by forming at least a part of the electron emission portion with carbonaceous material containing carbon nanotubes, the electrode distance of the electron emission portion is substantially narrower than when there is no carbon nanotube. Since the distance can be formed and controlled with high accuracy and ease, an electron-emitting device capable of operating at a low voltage and obtaining uniform electron emission characteristics can be provided. Furthermore, even in the conventional methods such as photolithography in which the distance between the electrodes could not be shortened, the short distance between the electrodes can be formed and controlled with high accuracy and simply as described above, so that it can be operated at a low voltage. In addition, uniform electron emission characteristics can be obtained.
[0012]
In the electron-emitting device of the present invention, the carbonaceous material containing carbon nanotubes is preferably fixed to the electrode surface, more preferably the carbonaceous material containing carbon nanotubes is only one electrode, and even more preferably low The electron-emitting device is formed only on the potential electrode.
As described above, by fixing the carbonaceous material containing carbon nanotubes to the electrode surface, the carbonaceous material mainly composed of thin carbon nanotubes with a low work function is formed in the electron emission portion, so that it is highly efficient and remains. An electron-emitting device that is less susceptible to characteristic changes due to gas or the like can be obtained. Moreover, in the electron-emitting device of the present invention, when the carbonaceous material mainly composed of carbon nanotubes is formed only on one electrode, uniform electron emission characteristics can be obtained.
[0013]
Further, in the electron-emitting device of the present invention, the structure in which the carbon nanotube structure is arranged in the electron conduction direction can achieve higher electron emission efficiency, and the short inter-electrode distance can be further improved with high accuracy. In addition, since it can be formed and controlled easily, it can be operated at a low voltage and uniform electron emission characteristics can be obtained. In addition, by adopting the configuration as described above, even in a method such as photolithography, a shorter distance between electrodes can be formed and controlled with high accuracy and easily, so that it can operate at a low voltage and has uniform electron emission characteristics. Can be obtained.
[0014]
Furthermore, in the electron-emitting device of the present invention, it is more preferable that the carbonaceous material containing carbon nanotubes is formed by concentrating on the opposite electrode end portions.
As described above, by forming the carbonaceous material containing carbon nanotubes in a concentrated manner at the opposite electrode end portions, the electric field is concentrated at the carbon nanotube tips, so that high electron emission efficiency can be obtained. In addition, since a short inter-electrode distance can be formed and controlled with higher accuracy and ease, it can be operated at a low voltage, and uniform electron emission characteristics can be obtained. Also in methods such as photolithography, by adopting the configuration as described above, a shorter distance between electrodes can be formed and controlled with high accuracy and convenience, so that it can operate at a low voltage and has uniform electron emission characteristics. Can be obtained.
[0015]
As a method of forming at least a part of the electron emission part from carbonaceous material containing carbon nanotubes, there is a catalyst for depositing and growing carbon nanotubes from the gas phase on the electron emission part, for example, at least a part of the electrode or the electrode surface. And a method of selectively depositing and growing carbon nanotubes from the gas phase on the catalyst. In this method, an uneven structure having a catalyst for depositing and growing carbon nanotubes from the gas phase at the bottom or top is provided on the surface of the electron emission portion, and carbon nanotubes are selectively deposited from the gas phase on the catalyst. It is preferable to grow.
According to the above-described method, an industrial method capable of forming an electron-emitting device having excellent characteristics with good reproducibility can be provided. Moreover, it was possible to easily solve the uniformity of the emission characteristics, which is the most important problem of the surface conduction type.
[0016]
As another method of forming at least a part of the electron emission portion with carbonaceous material containing carbon nanotubes, a manufacturing method in which carbon nanotubes are deposited using an electrochemical method or an electrode or a part of the electrode or the surface of the electrode, There is a method in which a carbonaceous material containing carbon nanotubes is deposited on a part of the electrode or on the surface of the electrode using an oxidation-reduction reaction on the electrode. Depending on these production methods, the emission element of the present invention can be provided by a simple method.
[0017]
In addition, according to the present invention, there is provided an image forming apparatus including an electron-emitting device in which a carbonaceous material containing carbon nanotubes is formed in at least a part of an electron-emitting portion. Since the image forming apparatus has the above-described uniform and high emission characteristics and includes a highly reliable electron-emitting device, the image forming apparatus has high emission efficiency, operates at a low voltage, and provides a highly reliable image forming apparatus. be able to. In addition, since the electron-emitting device is not easily affected by residual gas or the like, stable light emission can be obtained without using an ultra-high vacuum, and manufacturing is easy.
[0018]
As described above, the feature of the present invention is that the carbon nanotubes are arranged in the electron emission portion of the surface conduction electron-emitting device. Carbon nanotubes have a small work function (4.6 eV), and can emit electrons with a lower threshold voltage than when a metal electrode is used as an emitter. Furthermore, carbon nanotubes have less change in work function due to adsorption and deposition of these components even when there are residual components such as gas compared to metal electrodes, and the electron emission characteristics are less likely to change even at relatively low vacuum, There is an advantage that the characteristics hardly change even after long-term use. In addition, the carbon nanotube can be formed to a thickness of about 10 nm and a length of about several μm. Since the carbon nanotube has such a high aspect ratio and is a good conductor, the electric field is applied when an electric field is applied. Is particularly concentrated at the tip of the carbon nanotube in the vicinity of the high-resistance portion, and can efficiently emit electrons at a low voltage. The effect resulting from such a shape factor is a significant feature that cannot be expressed by conventional graphite or amorphous carbon.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the configuration of the present invention will be illustrated and described.
FIG. 11 is a top view of an example of the electron-emitting device of the present invention. Although the basic configuration is similar to that of FIG. 9, the configuration in the vicinity of the high resistance portion 31 that is an electron emission portion is different.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the vicinity of an electron emission portion of an example of the electron emission device of the present invention.
In FIG. 1, a pair of electrodes 21 and 22 are formed on a support (substrate) 1, and a high resistance portion 31 is formed between the electrodes. Carbon nanotubes 41 and 41 ′ are arranged on the electrodes 21 and 22 to form an electron emission portion. When a voltage is applied between the electrodes 21 with the electrode 21 as a low potential electrode and the electrode 22 as a high potential electrode, electrons are emitted from 21 to 22. Some of the emitted electrons, scattered electrons at the electrode 22, or secondary electrons are arranged in the upper part of the figure (not shown), and are attracted to the anode in a high potential state, so that the electrons are attracted to the anode. Is released towards.
[0020]
In the present invention, carbon nanotubes are arranged in the electron emission portion. Carbon nanotubes can be made to a thickness of about 10 nm and have a length of about several μm, and since they have such a high aspect ratio and are good conductors, when an electric field is applied as in the present invention, The electric field is particularly concentrated at the tip of the carbon nanotube in the vicinity of the high resistance portion, and the electron emission can be efficiently performed at a low voltage. Further, the carbon nanotube has a small work function (4.6 eV), and can emit electrons with a lower threshold voltage than when a metal electrode is used as an emitter. Furthermore, carbon nanotubes have less change in work function due to adsorption and deposition of these components even when there are residual components such as gas compared to metal electrodes, and the electron emission characteristics are less likely to change even at relatively low vacuum, There is an advantage that the characteristics hardly change even after long-term use.
[0021]
As the electrodes 21 and 22, metals such as Mo, Ta, W, Cr, Ni, Pt, Ti, Al, Au, Cu, and Pd, or alloys, and metals such as Pd, Ag, Au, RuO ₂ , and Pd—Ag Alternatively, a metal oxide fine particle conductor, a semiconductor such as silicon, indium oxide, or tin oxide can be used. For forming the high resistance portion, a conventionally known forming method or electrode pattern formation using photolithography can be employed. The width L of the high resistance portion (between the electrodes) is preferably several hundred angstroms to several μm. Further, although the high resistance portion is illustrated as the groove shape L in this drawing, the conductive member may remain in a striped shape or the like. When the groove shape L is small, the current from the emitter electrode 21 to the gate electrode, called the gate current, increases, the electron emission efficiency decreases, and the current consumption increases. Further, when the width L of the high resistance portion (between the electrodes) is too large, the threshold voltage rises and the drive voltage rises.
[0022]
In order to form the carbon nanotubes 41 and 41 'on the electrode, a carbon nanotube separately synthesized by arc discharge or the like is attached or fixed electrochemically or physically, and after applying or printing in the same manner, a predetermined pattern is formed. Examples thereof include a patterning method and a method of depositing and growing on the electrode from the gas phase. As an electrochemical method, a method of depositing carbon nanotubes on an electrode by electrophoresis is known. Further, a deposition method using an oxidation-reduction reaction on the electrode, for example, a micellar electrolysis method using a ferrocene derivative or the like as a surfactant can also be preferably used.
[0023]
As a vapor deposition method, a CVD (chemical vapor deposition) method can be exemplified as a suitable example. This uses organic substances such as acetylene, ethylene, benzene, propylene, 2-amino-4,6-dichloro-s-triazine as a carbon source, decomposes them in the gas phase, and grows carbon nanotubes on the substrate. is there. In this case, the carbon nanotubes can be selectively grown on the catalyst by previously forming the catalyst on the substrate. For this reason, if the catalyst material is used as the electrode material, the carbon nanotubes are selectively formed on the electrode. It is preferable because it can be formed. Moreover, when a catalyst is formed in a specific place, carbon nanotubes can be selectively formed in a desired place.
[0024]
Examples of the catalyst material include Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Se, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ta, Pt, and Au. Mn, Fe, Co, Ni, Mo, and Pt are preferable. In FIG. 1, 51 and 52 correspond to a catalyst layer. As described above, the catalyst may be formed on the electrode as shown in the figure, or the electrode itself may be formed of a catalyst material. Further, it may be formed in a pattern or island shape instead of a uniform film as shown in FIG. Further, when the electrode is formed of fine particles, it may be present in the fine particles.
[0025]
FIG. 2 shows another configuration example of the electron-emitting device of the present invention. In this case, the carbon nanotube is formed on the electrode on the low potential side, and the high potential electrode side is composed of a film of metal or semiconductor. In this case, since the gate electrode is composed of a surface, more uniform emission characteristics can be obtained. In order to realize such a configuration, carbon nanotubes are formed by printing only on one electrode or are applied electrochemically by selectively applying a voltage to the electrode 21, as indicated by 41 in the figure. A method in which a catalyst is formed on only one electrode and vapor-phase grown, a method in which the electrode 21 is formed of a catalyst and an electrode 22 is formed by a non-catalytic conductive material and is formed by a vapor-phase growth method, a carbon nanotube formed in advance A method of patterning the film by a method such as photolithography can be exemplified.
[0026]
FIG. 3 shows another configuration example of the electron-emitting device of the present invention. By disposing the carbon nanotube 41 between the electrodes, the substantial discharge distance between the electrodes 21 and 22 is changed from L to L _1. It is narrowed by. The discharge distance is an important factor in determining the emission threshold voltage and must be strictly controlled. When this interval changes depending on the element, the emission characteristics change. For example, when used as an electron emission source of a field emission display, uneven luminance is caused, which is not preferable. When a metal or semiconductor electrode is used for the electrodes 21 and 22, and the forming process is performed, the width L of the high resistance portion is relatively large on the order of μm, and the emission voltage becomes high if this is left as it is. In this configuration, by applying the method illustrated in FIG. 3, by controlling the growth of CNTs, a smaller L ₁ can be obtained, and a reduction in voltage can be achieved. Further, when the electrodes 21 and 22 are patterned by a known method such as photolithography, it is difficult to accurately control L at 0.5 μm or less due to the limit of photolithography. In this case, when the present invention is applied, a short L ₁ can be obtained with good reproducibility by controlling the growth of the carbon nanotubes, even if the L is, for example, about 1 μm, and the electron emission at a low voltage is stabilized. Can be realized. Thus, since it is possible to strictly control the length of the carbon nanotubes, it is possible to control the inter-electrode distance L ₁ a significant impact on release characteristics more precisely, yet a simple way. In addition, since the electron emission source is a carbon nanotube with a thin tip, high emission efficiency can be obtained as compared with a conventional planar emission electrode due to electric field concentration. Control of the length of the carbon nanotube can be realized by selecting the energization time or voltage or the length of the carbon nanotube as a raw material in the method of electrochemically attaching. Vapor phase growth is performed by controlling basic growth conditions such as the supply amount of raw material hydrocarbons, decomposition temperature, and growth time.
[0027]
FIG. 4 shows a configuration example of another electron-emitting device according to the present invention, and shows a structure in which carbonaceous materials mainly composed of carbon nanotubes are arranged in the electron conduction direction in at least a part of the electron-emitting portion. It is a thing. In the figure, the carbon nanotubes 41 are arranged in the direction from the electrode 21 to the electrode 22, that is, the direction of electron conduction in the electron emission portion 31. With this configuration, together with the inter-electrode distance L ₁ can be more precisely controlled, because the carbon nanotubes in the direction of the electric field is arranged, it is possible to electron emission from the carbon nanotube tip causes more efficiently. Furthermore, since it is possible to strictly control the length of the carbon nanotubes, it is possible to control the inter-electrode distance L ₁ a significant impact on release characteristics more precisely, yet a simple way. In order to realize such a structure, as schematically shown in FIG. 5, a fine concave structure or a convex structure is provided on the electrode or the electrode, and the catalyst 51 is arranged corresponding to the concave and convex parts. A preferred example is a method of forming carbon nanotubes by vapor deposition. In FIG. 5, the electrode 22 is omitted.
[0028]
As the concavo-convex structure, a method of forming a concavo-convex pattern of a resist pattern by photolithography using a photoresist or the like, a method of forming concavo-convex on the surface of a metal or the like by a method such as photolithography, porous film silica or porous alumina film A method of forming the hole and utilizing this hole can be preferably exemplified. In particular, porous alumina can be formed by anodic oxidation of aluminum, and a fine porous structure suitable for the growth of carbon nanotubes can be obtained. Therefore, it is the most preferable method in terms of industrial and orientation control. As a hole diameter or the diameter of a processus | protrusion, 5 nm-1 micrometer are preferable, More preferably, it is the range of 10 nm-500 nm.
[0029]
FIG. 7 shows another embodiment of the electron-emitting device of the present invention, which is an example in which carbon nanotubes are provided only on the cross section of the electrode 21 in FIG. In this case, since the electric field is further concentrated on the carbon nanotubes between the electrodes, higher efficiency electron emission can be obtained.
[0030]
FIG. 6 shows another embodiment of the electron-emitting device of the present invention, which is an example in which carbon nanotubes are arranged in the electron conduction direction in FIG. In this case, since the electric field is further concentrated on the carbon nanotubes between the electrodes, higher efficiency of electron emission can be obtained, and L ₁ can be easily and accurately controlled.
[0031]
In the present invention, the shape of the electrode is determined by many factors such as the wiring design of the emitter electrode and the gate electrode, the resistance of the electrode, the electron emission characteristics, and the application. Typically, W ₂ is 1 μm to 100 μm, and the sizes of W ₄ , 21 and 22 are in the range of 1 μm to 1 mm. The thickness of the electrodes 21 and 22 is in the range of 10 nm to several tens of μm.
As the carbon nanotubes that can be used, single-wall nanotubes and multi-wall nanotubes can be used. The diameter of the nanotube is 1 nm to 3 nm in the case of a single layer, and preferably 10 nm to 100 nm in the case of a multilayer. Further, single-walled nanotubes may gather together to form an aggregate on a bundle called a rope. Of these, multi-walled carbon nanotubes are particularly preferably used from the viewpoint of electron emission characteristics. These structures can be controlled by growth conditions, catalysts, and growth methods when forming the carbon nanotubes. The carbonaceous material containing carbon nanotubes may contain carbon polyhedral fine particles called nanoparticles. This is included as a by-product in the production of carbon nanotubes. The proportion of carbon nanotubes to make carbonaceous is preferably 20% or more, and more preferably 40% or more. When this ratio is low, the electron emission efficiency decreases. Further, the cap portion at the tip of the carbon nanotube can be removed. In this case, a more efficient release characteristic can be obtained by the shape effect, which is preferable. The cap can be removed by partially decomposing the carbon nanotubes by a method such as oxidation.
Although the carbon nanotubes have been described as ideally formed on the electrodes in the above drawings, they may also be formed on the high resistance portion outside the electrodes. However, since the electrodes 21 and 22 are short-circuited when this density is high, it is necessary to suppress the density to at least not short-circuit. Further, it is clear that the carbonaceous material made of carbon nanotubes may be formed on the electrode 22 unless otherwise specified. Further, the high resistance portion has been described as having an electrode that is completely missing in the shape of a groove, but an electrode member or the like may be formed intermittently, or a high resistance member may be present.
[0032]
The electron-emitting device of the present invention is applicable to many devices that require electron emission. In particular, it is particularly suitably used for an image forming apparatus generally called a field emission display or a vacuum micro display, taking advantage of the features of low voltage, high efficiency and uniformity.
[0033]
FIG. 8 is a configuration example of a vacuum micro display using the electron-emitting device having the configuration example of FIG. In addition, the thing of the structure of this figure is an example of the image forming apparatus of this invention, and is not limited to the thing of the structure of this figure.
In the figure, 1 to 51 have the same meaning as in the previous figures. Reference numeral 71 denotes an insulating film, and 81 denotes an emitter wiring electrode. The gate wiring is made in a direction perpendicular to the paper surface and forms a matrix structure with the gate electrode. Reference numeral 91 denotes an anode electrode, and a potential such that emitter <gate <anode is applied to the selected pixel. Electrons extracted from the emitter by the gate voltage are accelerated according to the potential gradient and collide with the anode. Reference numeral 101 denotes a phosphor, and electrons penetrating the anode collide with the phosphor to promote the emission of the phosphor. Reference numeral 12 denotes a counter substrate, and a translucent member such as glass is used. The space between the substrates is sealed by an outer peripheral seal 111 such as frit glass, and a vacuum of 10 ⁻⁵ Torr to 10 ⁻⁸ Torr is maintained inside. The thickness d of the air gap is in the range of several tens of μm to several mm. As described above, the vacuum micro display according to the present invention has high efficiency and uniform electron emission characteristics and is equipped with a highly reliable electron emission element. A reliable image forming apparatus can be provided. In addition, since the electron-emitting device is not easily affected by residual gas or the like, stable light emission can be obtained at a degree of vacuum of about 10 ⁻⁶ Torr even if a high vacuum is not applied, and manufacturing is easy.
[0034]
【Example】
The following examples further illustrate the present invention. In the examples, the electrodes were W ₂ = 100 μm, W ₄ = 50 μm, and glass was used for the substrate.
[0035]
Example 1
An undercoat layer made of SiO ₂ was formed on a glass substrate with a thickness of 500 A, and the electrode structure shown in FIG. 1 was formed using a photolithography method. L = 2 μm.
Subsequently, carbon nanotubes were generated at a decomposition temperature of 650 ° C. using acetylene as a carbon source and ammonia as a diluent gas. The carbon nanotube was formed so as to substantially cover the Ni surface, and the electron-emitting device shown in FIG. 1 could be formed.
When the characteristics of the device were measured in an anode voltage of 1 KV in a vacuum of 10 ⁻⁷ Torr, stable electron emission was confirmed, and the emission efficiency (emission current / gate current) was 2%. Also, the discharge characteristics hardly changed even during continuous discharge.
[0036]
Comparative Example 1
In Example 1, the emission characteristics were measured without forming carbon nanotubes. As a result, the emission efficiency was about 1%, and the threshold voltage was twice that of the Example. Moreover, it was confirmed that the discharge characteristics gradually deteriorated with continuous energization.
[0037]
Example 2
In Example 1, carbon nanotubes were formed only on the electrode 21 (low potential electrode). When the electron emission characteristics of this device were measured in the same manner, the efficiency and threshold voltage were almost the same as in Example 1, but the emission characteristics were more stable. Further, as in Example 1, no change in the release characteristics with time was observed.
[0038]
Example 3
After forming a subbing layer made of SiO ₂ on glass to a thickness of 500 A, a Ni film was formed to a thickness of 50 nm by sputtering. The electrode structure shown in FIG. 1 was formed using a photolithography method. L = 2 μm. Furthermore, carbon nanotubes were generated at a decomposition temperature of 650 ° C. using acetylene as a carbon source and ammonia as a diluent gas. The carbon nanotube was formed so as to cover the Ni surface and the cross section, and the electron-emitting device shown in FIG. 3 could be formed. The carbon nanotubes grew even in the direction from the electrode 21 to the electrode 22, and the actual interelectrode distance could be controlled to 100 nm. When the characteristics of the device were measured in a vacuum of 10 ⁻⁷ Torr at an anode voltage of 1 KV, stable electron emission was confirmed, and the emission efficiency (emission current / gate current) was 0.5%. Also, the discharge characteristics hardly changed even during continuous discharge.
[0039]
Comparative Example 2
In Example 3, an undercoat layer made of SiO ₂ was formed on a glass with a thickness of 500 A, and then a Ni film was formed with a thickness of 50 nm by a sputtering method. An attempt was made to form an electrode structure with L = 100 nm using a photolithographic method, but there was no pattern reproducibility, and the reproducibility of the emission characteristics measured without providing carbon nanotubes was not obtained. On the other hand, in Example 3, as described above, L = 2 μm, but by providing CNT, the width of the emission part was substantially made 100 nm, and stable emission was obtained.
[0040]
Example 4
An ultrafine Pd film was formed as an electrode, and a 100 nm crack was formed by forming treatment. Subsequently, carbon nanotubes were generated at a decomposition temperature of 650 ° C. using acetylene as a carbon source and ammonia as a diluent gas. The carbon nanotube was formed so as to cover the Pd surface and the cross section, and the electron-emitting device shown in FIG. 3 could be formed. The carbon nanotubes grew even in the direction from the electrode 21 to the electrode 22, and the actual interelectrode distance could be controlled to 10 nm. When the characteristics of the device were measured in a vacuum of 10 ⁻⁷ Torr at an anode voltage of 1 KV, stable electron emission was confirmed, and the emission efficiency (emission current / gate current) was 0.3%. Also, the discharge characteristics hardly changed even during continuous discharge.
[0041]
Comparative Example 3
An ultrafine Pd film was formed as an electrode, and a 10 nm crack was formed by a forming process. When the characteristics of this device were measured in a vacuum of 10 ⁻⁷ Torr at an anode voltage of 1 KV, electron emission was confirmed, but the stability was poor, and the emission efficiency (emission current / gate current) was 0.1%. It was. In addition, a decrease in emission efficiency was observed in the continuous discharge.
[0042]
Comparative Example 4
In Example 4, amorphous carbon was deposited on the electrode 21 by energizing the electrode 21 without forming carbon nanotubes. The efficiency of this element was 0.2%, and Example 4 was superior. Moreover, Example 4 was excellent also in reproducibility.
[0043]
Example 5
After forming a subbing layer made of SiO ₂ on glass to a thickness of 500 A, a Ni film was formed to a thickness of 50 nm by sputtering. On top of that, Al was further formed to a thickness of 50 nm. Subsequently, Al was made porous alumina by an anodic oxidation method. At this time, the reactive ion etching process was performed so that the holes formed in the alumina reached Ni. In this way, the electrode structure shown in FIG. 5 was formed. L was 2 μm. The alumina pores were about 40 nm in diameter. Furthermore, carbon nanotubes were generated at a decomposition temperature of 650 ° C. using acetylene as a carbon source and ammonia as a diluent gas. The carbon nanotubes were formed vertically in the alumina pores, and the electron-emitting device shown in FIG. 5 could be formed. The carbon nanotubes grew in parallel with the substrate even in the direction from the electrode 21 to the electrode 22, and the actual distance between the electrodes could be controlled to 100 nm. When the characteristics of this device were measured in a vacuum of 10 ⁻⁷ Torr at an anode voltage of 1 KV, stable electron emission was confirmed, and the emission efficiency (emission current / gate current) was 0.6%. Further, the emission characteristics did not change even during continuous discharge.
[0044]
Example 6
In Example 5, porous alumina was formed only at the end of the electrode 21. In this way, the electrode structure shown in FIG. 6 was formed (however, FIG. 6 does not show the electrode 22 on the right side). L was 2 μm. The alumina pores were about 40 nm in diameter. Furthermore, carbon nanotubes were generated at a decomposition temperature of 650 ° C. using acetylene as a carbon source and ammonia as a diluent gas. The carbon nanotubes were formed vertically in the alumina pores, and the electron-emitting device shown in FIG. 6 could be formed. The carbon nanotubes grew in parallel with the substrate from the electrode 21 to the electrode 22, and the actual interelectrode distance could be controlled to 100 nm.
When the characteristics of this device were measured in a vacuum of 10 ⁻⁷ Torr at an anode voltage of 1 KV, stable electron emission was confirmed, and the emission efficiency (emission current / gate current) was 0.6%. Further, the emission characteristics did not change even during continuous discharge.
[0045]
Example 7
After forming an undercoat layer made of SiO ₂ on glass to a thickness of 500 A, a SnO ₂ / In ₂ O ₃ film was formed to a thickness of 50 nm by sputtering. The electrode structure shown in FIG. 1 was formed using a photolithography method. L = 1 μm.
By separately using carbon nanotubes (length 0.8 μm, diameter 10 nm) prepared by arc discharge method using ferrocene derivative surfactant FPEG (manufactured by Dojin Kagaku), FPEG 5-fold support salt (LiBr) is used together Carbon nanotubes were made into micelles. A constant potential electric field of 0.5 V was applied using the electrode 21 as an anode and platinum as a cathode, and carbon nanotubes were deposited on the electrode. The carbon nanotubes were formed so as to cover the SiO ₂ surface and the cross section, and the electron-emitting device shown in FIG. 3 could be formed. Carbon nanotubes also grew in the direction from the electrode 21 to the electrode 22, whereby the actual interelectrode distance could be controlled to 200 nm. When the characteristics of the device were measured in a vacuum of 10 ⁻⁷ Torr at an anode voltage of 1 KV, stable electron emission was confirmed, and the emission efficiency (emission current / gate current) was 0.4%. Also, the discharge characteristics hardly changed even during continuous discharge.
[0046]
Example 8
The electron-emitting devices of Example 3 were formed in a 16 × 16 array to form a vacuum microdisplay shown in FIG. SiO ₂ was used for the insulating film 71 and Al was used for the emitter wiring electrode 81. Al was used for the anode electrode 91. ZnO: Zn was used for the phosphor. The distance between the emitter and the anode was 2 mm. The degree of vacuum was 10 ⁻⁷ Torr. This display produced extremely uniform light emission, and no decrease in brightness was observed even during continuous operation.
[0047]
【effect】
1. In a surface conduction electron-emitting device having a pair of electrodes and an electron-emitting portion formed between the electrodes, the electron-emitting portion is highly efficient because carbon material mainly composed of thin carbon nanotubes with a low work function is formed in the electron-emitting portion, In addition, an electron-emitting device that is not easily changed in characteristics by residual gas or the like has been provided.
2. The electron-emitting device according to the present invention in which the carbonaceous material mainly composed of carbon nanotubes is formed only on one electrode can obtain uniform electron emission characteristics in addition to the effect of 1.
3. In addition to the above effects, higher electron emission efficiency can be obtained. In addition, since a short inter-electrode distance can be formed and controlled with higher accuracy and ease, it can be operated at a low voltage, and uniform electron emission characteristics can be obtained. Also in a method such as photolithography, the present invention can form and control a further short inter-electrode distance with high accuracy and simplicity, so that it can be operated at a low voltage and uniform electron emission characteristics can be obtained.
4). Since the electric field is concentrated on the tip of the carbon nanotube, high electron emission efficiency can be obtained. In addition, since a short inter-electrode distance can be formed and controlled with higher accuracy and ease, it can be operated at a low voltage, and uniform electron emission characteristics can be obtained. Also, in a method such as photolithography, by adopting the configuration of the present invention, it is possible to form and control a further short inter-electrode distance with high accuracy and simplicity, so that it can operate at a low voltage and has uniform electron emission characteristics. Obtainable.
[0048]
5. An industrial method capable of forming the electron-emitting device having the above-described excellent characteristics with good reproducibility could be provided. In addition, according to this method, it was possible to easily solve the uniform emission characteristics, which is the most important problem of the surface conduction type.
6). The emission element of the present invention can be provided by a simple method.
7. Since the electron-emitting device having uniform and high emission characteristics and high reliability is provided, it is possible to provide a highly reliable image forming apparatus that has high luminous efficiency and operates at a low voltage. In addition, since the electron-emitting device is not easily affected by residual gas or the like, stable light emission can be obtained without using an ultra-high vacuum, and manufacturing is easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view in the vicinity of an electron emission portion of an example of the configuration of an electron emission device of the present invention (carbon nanotubes 41 and 41 ′ are disposed on electrodes to form an electron emission portion).
FIG. 2 is a cross-sectional view in the vicinity of an electron emission portion of another configuration example of the electron emission element of the present invention (CNT is formed on a low potential side electrode, and the high potential electrode side is formed of a film of metal or semiconductor). FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view in the vicinity of an electron emission portion of another configuration example (CNT is disposed between electrodes) of the electron emission element of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the vicinity of an electron emission portion of another configuration example of the electron emission device of the present invention (a structure in which carbonaceous materials mainly composed of CNTs are arranged in the electron conduction direction).
FIG. 5 is a cross-sectional view of the vicinity of an electron emission portion of another configuration example (configuration in which a fine concave structure or a convex structure is provided on the electrode) of the electron emission device of the present invention.
6 is a cross-sectional view of the vicinity of an electron emission portion of another configuration example (configuration in which CNTs are arranged in the electron conduction direction in FIG. 7) of the electron emission device of the present invention.
7 is a cross-sectional view in the vicinity of an electron emission portion of another configuration example of the electron-emitting device of the present invention (a configuration in which CNTs are provided only on the cross section of an electrode 21 in FIG. 5).
8 is a cross-sectional view of a vacuum micro display using the electron-emitting device having the configuration example of FIG.
FIG. 9 is a top view showing a conventional surface conduction type element configuration.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional surface conduction type element configuration.
FIG. 11 is a top view of an example of an electron-emitting device according to the present invention.
12 is an enlarged explanatory view of an electron emission portion of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 12 Counter substrate 21 Electrode 22 Electrode 31 High resistance portion 32 formed between electrodes Groove formed between electrodes or altered high resistance portion 41 Carbon nanotube 41 'Carbon nanotube 51 Catalyst layer 52 Catalyst layer 61 Fine concave structure 71 insulating film 81 emitter wiring electrode 91 thickness L high-resistance portion of the anode electrode 101 phosphor 111 peripheral sealing d voids groove L ₁ the high resistance portion configured between the width or electrodes (between the electrodes) of (between electrodes) Width or total length of the groove W ₁ cathode electrode and gate electrode formed between the electrodes (1 μm to 1 mm)
The width (1 μm to 100 μm) of the high resistance portion for forming the W ₂ electron emission portion by the forming process. However, W ₂ <W ₁
W ₃ cathode electrode and gate electrode width (1 μm to 1 mm)
Length of the high resistance portion (1 μm to 1 mm) for forming the W ₄ electron emitting portion by forming process. However, W ₄ <W ₃

Claims

一対の電極と該電極間に形成された電子放出部を有する表面伝導型電子放出素子において、電子放出部が放電距離を狭めるように、前記一対の電極の少なくとも低電位電極から高電位電極に向けてカーボンナノチューブが成長するように形成されていることを特徴とする表面伝導型電子放出素子。In a surface conduction electron-emitting device having a pair of electrodes and an electron emission portion formed between the electrodes, the electron emission portion is directed from at least a low potential electrode to a high potential electrode so as to reduce a discharge distance. A surface conduction electron-emitting device characterized in that the carbon nanotube is formed so that carbon nanotubes grow.

カーボンナノチューブを含有する炭素質が少なくとも一方の電極表面に固着されている請求項１記載の表面伝導型電子放出素子。2. The surface conduction electron-emitting device according to claim 1, wherein a carbonaceous material containing carbon nanotubes is fixed to at least one electrode surface.

カーボンナノチューブを含有する炭素質が低電位電極のみに形成された請求項２記載の表面伝導型電子放出素子。The surface conduction electron-emitting device according to claim 2, wherein the carbonaceous material containing carbon nanotubes is formed only on the low potential electrode.

カーボンナノチューブ構造が電子伝導方向に配列された請求項１〜３のいずれかに記載の表面伝導型電子放出素子。The surface conduction electron-emitting device according to claim 1, wherein the carbon nanotube structures are arranged in an electron conduction direction.

カーボンナノチューブを含有する炭素質が対向する電極端部に集中して形成されてなる請求項２〜４のいずれかに記載の表面伝導型電子放出素子。The surface conduction electron-emitting device according to any one of claims 2 to 4, wherein the carbonaceous material containing carbon nanotubes is formed in a concentrated manner at opposite electrode ends.

電子放出部の少なくとも一部または電子放出部の表面にカーボンナノチューブを気相から堆積、成長させるための触媒を有し、該触媒上にカーボンナノチューブを気相から堆積、成長させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面伝導型電子放出素子の製造方法。It has a catalyst for depositing and growing carbon nanotubes from the vapor phase on at least a part of the electron emission portion or the surface of the electron emission portion, and depositing and growing the carbon nanotubes from the vapor phase on the catalyst. A method for manufacturing a surface conduction electron-emitting device according to claim 1.

電子放出部の表面に、底部または頂部にカーボンナノチューブを気相から堆積、成長させるための触媒を有する凹凸構造を設け、該触媒上に選択的にカーボンナノチューブを気相から堆積、成長させることを特徴とする請求項６記載の表面伝導型電子放出素子の製造方法。An uneven structure having a catalyst for depositing and growing carbon nanotubes from the gas phase at the bottom or top is provided on the surface of the electron emission portion, and selectively depositing and growing carbon nanotubes from the gas phase on the catalyst. The method of manufacturing a surface conduction electron-emitting device according to claim 6.

電極または電極の一部または電極の表面にカーボンナノチューブを含有する炭素質を電気化学的手法を用いて堆積させることを特徴とする請求項６〜７のいずれかに記載の表面伝導型電子放出素子の製造方法。8. The surface conduction electron-emitting device according to claim 6, wherein a carbonaceous material containing carbon nanotubes is deposited on the electrode or a part of the electrode or the surface of the electrode by using an electrochemical method. Manufacturing method.

請求項１〜５のいずれかに記載の表面伝導型電子放出素子を備えた画像形成装置。An image forming apparatus comprising the surface conduction electron-emitting device according to claim 1.