JP2003016908A - Electron emitting element, electron source and image forming device - Google Patents

Electron emitting element, electron source and image forming device

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JP2003016908A
JP2003016908A JP2001200127A JP2001200127A JP2003016908A JP 2003016908 A JP2003016908 A JP 2003016908A JP 2001200127 A JP2001200127 A JP 2001200127A JP 2001200127 A JP2001200127 A JP 2001200127A JP 2003016908 A JP2003016908 A JP 2003016908A
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Japan
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electron
emitting device
electrons
hole
layer
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JP2001200127A
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Takeshi Ichikawa
武史 市川
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Canon Inc
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Publication date
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emitting element allowing an efficient electron emission at a low voltage with a small electron beam diameter and manufacturable by an easy process, an electron source and an image forming device. SOLUTION: In this electron emitting element, an opening extending through a second electrode 4 and an insulating layer 3 is formed, and electrons are emitted from electron emitting materials 5A and 5B on the first electrode 2 through the opening by applying a voltage between the first electrode 2 and the second electrode 4. The electron emitting quantity is larger in the electron emitting material central part 5A than the electron emitting material peripheral part 5B within the opening. In such a structure, the scattering of electrons from the peripheral part is suppressed, and electrons having a high convergent property from the central part can be used. Namely, since the spread of electron beams emitted to vacuum is minimized, and substantially all of the emitted electrons become electron emitting currents, an efficient electron emission can be performed at a low voltage.

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、電子放出素子、電
子源および画像形成装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source and an image forming apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の2種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型(以下、FE型と称する)、金属/絶縁層/
金属型(以下、MIM型と称する)や、表面伝導型電子
放出素子等がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron emitters, a thermoelectron source and a cold cathode electron source, are known. The cold cathode electron source is a field emission type (hereinafter referred to as FE type), metal / insulating layer /
There are a metal type (hereinafter referred to as MIM type), a surface conduction electron-emitting device, and the like.

【0003】FE型の例としてはW.P.Dyke &
W.W.Dolan,”Field Emissio
n”,Advance in Electron Ph
ysics,8,89 (1956) あるいはC.
A.Spindt,”PHYSICAL Proper
ties ofthin−film field em
ission cathodes with moly
bdenium cones”,J.Appl.Phy
s.,47,5248(1976)等に開示されたもの
が知られている。
As an example of the FE type, W. P. Dyke &
W. W. Dolan, "Field Emissio
n ", Advance in Electron Ph
ysics, 8, 89 (1956) or C.I.
A. Spindt, "PHYSICAL Proper
ties of thin-film field em
ision cathodes with molly
bdenium cones ", J. Appl. Phy
s. , 47, 5248 (1976) and the like are known.

【0004】MIM型の例としてはC.A.Mea
d,”Operation of Tunnel−Em
ission Devices”,J.Apply.P
hys.,32,646(1961)等に開示されたも
のが知られている。
An example of the MIM type is C.I. A. Mea
d, "Operation of Tunnel-Em
"Ission Devices", J. Apply. P
hys. , 32,646 (1961) and the like are known.

【0005】表面伝導型の例としては、エリンソンの報
告(M.I.Elinson Radio Eng.E
lectron Phys.,10(1965))に記
載のもの等があり、この表面伝導型電子放出素子は、基
板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を
流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するもの
である。表面伝導型素子では、前記のエリンソンの報告
に記載のSnO2薄膜を用いたもの、Au薄膜を用いた
もの、(G.Dittmer.Thin Solid
Films,9,35(1972))、In23/Sn
2薄膜によるもの(M.Hartwell and
C.G.Fonstad,IEEE Trans.ED
Conf.,519(1983))等が報告されてい
る。
As an example of the surface conduction type, a report by Elinson (MI Elinson Radio Eng.
electron Phys. , 10 (1965)) and the like. In this surface conduction electron-emitting device, electrons are emitted by passing a current through a thin film of a small area formed on a substrate in parallel to the film surface. It utilizes the phenomenon. As the surface conduction type element, one using the SnO 2 thin film described in the above-mentioned report of Erinson, one using an Au thin film, (G. Dittmer. Thin Solid
Films, 9, 35 (1972)), In 2 O 3 / Sn
O 2 thin film (M. Hartwell and
C. G. Fonstad, IEEE Trans. ED
Conf. , 519 (1983)) and the like have been reported.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】電子放出素子を画像形
成装置に応用するには、蛍光体を十分な輝度で発光させ
る放出電流が必要である。また、ディスプレイの高精細
化のためには蛍光体に照射される電子ビームの径が小さ
いものである事が要求される。そして製造し易いという
事が重要である。
In order to apply the electron-emitting device to the image forming apparatus, it is necessary to have an emission current that causes the phosphor to emit light with sufficient brightness. Further, in order to improve the definition of the display, it is required that the diameter of the electron beam with which the phosphor is irradiated is small. And it is important to be easy to manufacture.

【0007】従来のFE型の例としてSpindt型の
電子放出素子を図14に示す。図16において、1は基
板、4はカソード電極層(低電位電極)、3は絶縁層、
2はゲート電極層(高電位電極)、5はマイクロチッ
プ、6は等電位面である。曲率rを有するマイクロチッ
プ5とゲート電極層2間にバイアスすると、マイクロチ
ップ5先端から電子が放出されアノードに向かう。放出
電子の量は、ゲート電極層2とマイクロチップ5先端の
距離d、ゲート電圧Vg及び放出部材料の仕事関数によ
り決定される。つまり、ゲート電極層2とマイクロチッ
プ5間距離dを制御よく作製する事が素子の性能を決定
する要素となる。
FIG. 14 shows a Spindt type electron-emitting device as an example of a conventional FE type. In FIG. 16, 1 is a substrate, 4 is a cathode electrode layer (low potential electrode), 3 is an insulating layer,
Reference numeral 2 is a gate electrode layer (high potential electrode), 5 is a microchip, and 6 is an equipotential surface. When a bias is applied between the microchip 5 having the curvature r and the gate electrode layer 2, electrons are emitted from the tip of the microchip 5 toward the anode. The amount of emitted electrons is determined by the distance d between the gate electrode layer 2 and the tip of the microchip 5, the gate voltage Vg, and the work function of the emitting material. That is, it is a factor that determines the performance of the device that the distance d between the gate electrode layer 2 and the microchip 5 is well controlled.

【0008】Spindt型の電子放出素子の一般的な
製造工程を図15を示す。この図に沿って製造工程を説
明すると、まず、ガラス等からなる基板1上に、Nb等
からなるカソード電極層4、SiO2等からなる絶縁層
3、Nb等からなるゲート電極層2をこの順に積層す
る。その後反応性イオンエッチング法により、ゲート電
極層2及び絶縁層3を貫通する円形の微細孔を形成する
(図15(a))。
FIG. 15 shows a general manufacturing process of a Spindt type electron-emitting device. The manufacturing process will be described with reference to this figure. First, a cathode electrode layer 4 made of Nb or the like, an insulating layer 3 made of SiO 2 or the like and a gate electrode layer 2 made of Nb or the like are formed on a substrate 1 made of glass or the like. Stack in order. After that, a circular fine hole penetrating the gate electrode layer 2 and the insulating layer 3 is formed by the reactive ion etching method (FIG. 15A).

【0009】その後、アルミニウム等からなる犠牲層7
をゲート電極層2上に斜方蒸着等により成膜する(図1
5(b))。
After that, the sacrificial layer 7 made of aluminum or the like is used.
Is formed on the gate electrode layer 2 by oblique vapor deposition or the like (see FIG. 1).
5 (b)).

【0010】このようにして形成した構造に、真空蒸着
法によりモリブデン等のマイクロチップ材料81を堆積
する。ここで犠牲層上の堆積物が堆積の進行とともに微
細孔を塞いでいき、微細孔内にマイクロチップ51が円
錐状に形成される(図15(c))。
A microchip material 81 such as molybdenum is deposited on the structure thus formed by a vacuum vapor deposition method. Here, the deposit on the sacrificial layer fills the fine holes as the deposition progresses, and the microchip 51 is formed in a conical shape in the fine holes (FIG. 15C).

【0011】最後に犠牲層71を溶解する事により、マ
イクロチップ材料81をリフトオフして、素子を完成さ
せる(図15(d))。
Finally, the sacrificial layer 71 is melted to lift off the microchip material 81 to complete the device (FIG. 15D).

【0012】しかし、このような製造方法では距離dを
再現よく制御する事が困難であり、素子ごとに放出電流
量のバラツキが生じる。また、リフトオフの際に生じた
金属片等がマイクロチップ51とゲート電極層2を短絡
し、駆動時にマイクロチップ51とゲート電極層2間に
電圧を印加すると短絡部で熱が発生し、短絡部及びその
周囲の破壊が起こる。このため有効な放出領域が減少し
てしまう。上記のような素子ごとによるバラツキは例え
ば画像形成装置として応用した場合に、輝度ムラを引き
起こし、非常に目障りな物となる。
However, in such a manufacturing method, it is difficult to control the distance d with good reproducibility, and the amount of emission current varies from device to device. Further, a metal piece or the like generated at the time of lift-off short-circuits the microchip 51 and the gate electrode layer 2, and when a voltage is applied between the microchip 51 and the gate electrode layer 2 during driving, heat is generated at the short-circuited portion, and the short-circuited portion is generated. And destruction of the surrounding area occurs. This reduces the effective emission area. The variation due to each element as described above causes unevenness in brightness when applied as an image forming apparatus, for example, and is very annoying.

【0013】さらに、この例では、1放出点から電子が
放出されるために、蛍光体を発光させるために放出電流
密度を大きくすると、電子放出部の熱的な破壊を誘起
し、FE素子の寿命を制限することになる。また、真空
中に存在するイオンがマイクロチップ先端を集中的にス
パッタし素子の寿命を縮める事もある。
Furthermore, in this example, since electrons are emitted from one emission point, if the emission current density is increased in order to cause the phosphor to emit light, thermal destruction of the electron emission portion is induced, and the FE element It will limit the lifespan. In addition, the ions existing in a vacuum may sputter the tip of the microchip intensively to shorten the life of the device.

【0014】なお、真空中に放出された電子は等電位面
と直行して進行するが、図14のような構成では、等電
位面61はマイクロチップ51に沿って孔内に形成され
る事になる。このためマイクロチップ51先端から放出
された電子は広がる傾向がある。放出された電子の一部
はゲート電極層2に吸収され、アノードに到達する電子
量が減少する。ゲート電極層2に吸収される電子量は、
距離dを小さくすると増大する傾向にある。
It should be noted that the electrons emitted into the vacuum travel perpendicularly to the equipotential surface, but in the structure shown in FIG. 14, the equipotential surface 61 is formed in the hole along the microchip 51. become. Therefore, the electrons emitted from the tip of the microchip 51 tend to spread. A part of the emitted electrons is absorbed by the gate electrode layer 2 and the amount of electrons reaching the anode is reduced. The amount of electrons absorbed in the gate electrode layer 2 is
It tends to increase as the distance d decreases.

【0015】このようなFE素子の欠点を克服するため
に、個別の解決策として様々な例が提案されている。
In order to overcome such drawbacks of the FE element, various examples have been proposed as individual solutions.

【0016】電子ビームの広がりを防ぐ例としては、電
子放出部上方に収束電極を配置した例がある。この例で
は放出された電子ビームを収束電極の負電位により絞っ
ているが、この例では上記のような製造工程よりもさら
に複雑な工程が必要となり、製造コストの増大を招く。
As an example of preventing the spread of the electron beam, there is an example in which a focusing electrode is arranged above the electron emitting portion. In this example, the emitted electron beam is focused by the negative potential of the focusing electrode, but in this example, a more complicated process than the above-described manufacturing process is required, which causes an increase in manufacturing cost.

【0017】収束電極を配置せずに電子ビーム径を小さ
くする例としては 電子ビーム径を小さくする別の例と
しては、Spindt型のようなマイクロチップを形成
しない方法がある。たとえば、特開平8−096703
号公報、特開平8−096704号公報に記載されたも
のがある。
As an example of reducing the electron beam diameter without disposing the focusing electrode, another example of reducing the electron beam diameter is a method of not forming a microchip such as a Spindt type. For example, JP-A-8-096703
JP-A-8-096704 and JP-A-8-096704.

【0018】これは孔内に配置した薄膜から電子放出を
行なわせるため、電子放出面上に平坦な等電位面が形成
され電子ビームの広がりが小さくなるという利点があ
る。また、電子放出物質として低仕事関数の構成材料を
使用することで、マイクロチップを形成しなくても電子
放出が可能であり、低駆動電圧が図れる。また製造方法
が比較的に簡易であるという利点もある。さらに、電子
放出が面で行われるために、電界の集中がおきず、チッ
プの破壊がおこらず、長寿命である。しかし、これらの
例では孔周辺には、孔深さとゲート電極層間距離に相関
した電位分布が形成され、このためスピント型程ではな
いが、やはり放出された電子は広がる傾向にあり、放出
された電子の一部はゲート電極層2に吸収もしくは散乱
されるという問題は解決されていない。特開平8−11
5654号公報では粒子放出面を絶縁層側の面よりも深
い位置に存在させビームを収束している。この例では、
深さや粒子放出材料の高さ等プロセス的な精度が要求さ
れるという問題点がある。
This has the advantage that a flat equipotential surface is formed on the electron emission surface and the spread of the electron beam is reduced because electrons are emitted from the thin film arranged in the hole. Further, by using a low work function constituent material as the electron emitting substance, electrons can be emitted without forming a microchip, and a low driving voltage can be achieved. There is also an advantage that the manufacturing method is relatively simple. Further, since the electrons are emitted on the surface, the electric field is not concentrated, the chip is not broken, and the life is long. However, in these examples, a potential distribution that is correlated with the hole depth and the distance between the gate electrode layers is formed around the hole. Therefore, although not as in the Spindt type, the emitted electrons also tend to spread and the emitted electrons are emitted. The problem that some of the electrons are absorbed or scattered by the gate electrode layer 2 has not been solved. JP-A-8-11
In Japanese Patent No. 5654, the beam is converged by allowing the particle emission surface to exist at a position deeper than the surface on the insulating layer side. In this example,
There is a problem that process precision such as depth and height of the particle emission material is required.

【0019】電子放出効率を向上させる例としては特開
平10−289650号公報記載のもの等がある。図1
6に構成を示す。カソード電極層4に対し、ゲート電極
層2および第2ゲート電極層11に正の電位を印加(但
し、0<|Vg1|≦|Vg2|)する事によりカソー
ド電極層4から放出される電子量を増大させているが、
やはり放出された電子は広がる傾向にある。
An example of improving the electron emission efficiency is described in JP-A-10-289650. Figure 1
6 shows the configuration. The amount of electrons emitted from the cathode electrode layer 4 by applying a positive potential to the gate electrode layer 2 and the second gate electrode layer 11 (where 0 <| Vg1 | ≦ | Vg2 |) with respect to the cathode electrode layer 4. Is increasing
After all, the emitted electrons tend to spread.

【0020】一方、MIM型は下部電極(カソード電極
層)と上部電極(ゲート電極層)間に絶縁層を配置し、
両電極間に電圧を印加して電子を取り出す構造である。
内部電界方向と放出される電子の方向が一致し、かつ放
出面での電位分布に歪みがないために、小さい電子ビー
ム径が実現できるが、絶縁層3と上部電極2で電子の散
乱が起こるために効率が悪いのが一般的である。
On the other hand, in the MIM type, an insulating layer is arranged between the lower electrode (cathode electrode layer) and the upper electrode (gate electrode layer),
This is a structure in which a voltage is applied between both electrodes to extract electrons.
Since the direction of the internal electric field coincides with the direction of emitted electrons and the potential distribution on the emission surface is not distorted, a small electron beam diameter can be realized, but electron scattering occurs at the insulating layer 3 and the upper electrode 2. Therefore, it is generally inefficient.

【0021】以上のようなディスプレイ等の画像形成装
置への応用を電界放出型電子放出素子で考えた場合に
は、(1)電子ビーム径が小さい、(2)低電圧で高効
率な電子放出が可能、(3)製造プロセスが容易である
事、が必要であるが、従来の電子放出素子ではこれらを
同時に満たす事は困難であった。
When the application to the image forming apparatus such as the display as described above is considered by the field emission type electron emission device, (1) the electron beam diameter is small, and (2) the electron emission is highly efficient at a low voltage. It is necessary that (3) the manufacturing process be easy, but it has been difficult for the conventional electron-emitting device to satisfy these at the same time.

【0022】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
ビーム径が小さく、低電圧で高効率な電子放出が可能
で、製造プロセスが容易な電界放出型の電子放出素子、
電子源、及び画像形成装置を提供することにある。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. The object of the present invention is to make the electron beam diameter small, to enable high-efficiency electron emission at low voltage, and to improve the manufacturing process. Easy field emission type electron emission device,
An object is to provide an electron source and an image forming apparatus.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では以下の構成を採用する。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configurations.

【0024】すなわち、絶縁性の基板上に形成された第
1の導電層と、該カソード電極層上に積層形成された絶
縁層と、該絶縁層上に積層形成された第2の導電層と、
該第1の導電層上に前記絶縁層から前記第2の導電層に
亘り貫通形成された貫通孔と、該貫通孔内における前記
第1の導電層上に積層形成された電子放出層と、を備
え、前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に電圧
が印加されることで、前記電子放出層から電子を放出す
る電子放出素子であって、前記電子放出層から放出され
る電子の放出量は、前記貫通孔内に臨んで電子を放出す
る面の周縁部に比し、その中央部において多いことを特
徴とする。
That is, a first conductive layer formed on an insulating substrate, an insulating layer laminated on the cathode electrode layer, and a second conductive layer laminated on the insulating layer. ,
A through hole penetratingly formed on the first conductive layer from the insulating layer to the second conductive layer; and an electron emission layer laminated on the first conductive layer in the through hole, An electron-emitting device that emits electrons from the electron-emitting layer by applying a voltage between the first conductive layer and the second conductive layer. The amount of emitted electrons is larger in the central portion than in the peripheral portion of the surface that faces the inside of the through hole and emits electrons.

【0025】同構成によれば、周縁部から発散しやすい
電子を抑制し、中央部からの収束性の高い電子を主に利
用できるので、真空中に放出された電子ビームの広がり
が小さいので、例えばアノード側である蛍光体で発光す
る電子ビーム径を小さくすることができる。
According to this structure, the electrons easily diverging from the peripheral portion can be suppressed, and the electrons with high convergence from the central portion can be mainly used, so that the spread of the electron beam emitted in the vacuum is small, For example, the diameter of the electron beam emitted by the phosphor on the anode side can be reduced.

【0026】また、前記貫通孔内に臨んで電子を放出す
る面の中央部の電子放出閾値が前記周縁部の電子放出閾
値よりも低いのが好ましい。
Further, it is preferable that an electron emission threshold value of a central portion of a surface which faces the inside of the through hole and emits electrons is lower than an electron emission threshold value of the peripheral portion.

【0027】また、前記貫通孔内に臨んで電子を放出す
る面の中央部と周縁部とではバンド構造が異なるのが好
ましい。
Further, it is preferable that the band structure is different between the central part and the peripheral part of the surface which emits electrons facing the inside of the through hole.

【0028】また、前記前記貫通孔内に臨んで電子を放
出する面の中央部から周縁部に亘りバンド構造が連続的
に変化していてもよい。
Further, the band structure may be continuously changed from the central portion of the surface which emits electrons facing the inside of the through hole to the peripheral portion.

【0029】また、前記貫通孔内に臨んで電子を放出す
る面の中央部から周縁部に亘りバンド構造が階段状に変
化していてもよい。
Further, the band structure may be changed stepwise from the central portion to the peripheral portion of the surface which emits electrons facing the inside of the through hole.

【0030】また、前記貫通孔内に臨んで電子を放出す
る面の中央部の仕事関数が前記周縁部の仕事関数よりも
小さいのが好ましい。
Further, it is preferable that the work function of the central part of the surface which emits electrons facing the inside of the through hole is smaller than the work function of the peripheral part.

【0031】また、前記貫通孔内に臨んで電子を放出す
る面の中央部のバンドギャップが、前記電子放出層の周
縁部のバンドギャップよりも広いのが好ましい。
Further, it is preferable that the band gap at the center of the surface which emits electrons facing the inside of the through hole is wider than the band gap at the peripheral portion of the electron emitting layer.

【0032】また、前記電子放出層の前記第1の導電層
と接する部分における電子障壁は、前記貫通孔内に臨ん
で電子を放出する面の周縁部に比し、前記中央部で低い
のがよい。
Further, the electron barrier at the portion of the electron emission layer which is in contact with the first conductive layer is lower in the central portion than in the peripheral portion of the surface which faces the inside of the through hole and emits electrons. Good.

【0033】また、前記電子放出層の層厚方向にバンド
構造が変化していてもよい。
The band structure may change in the layer thickness direction of the electron emission layer.

【0034】また、前記電子放出材料は炭素を主成分と
するのが好ましい。
The electron emitting material preferably contains carbon as a main component.

【0035】また、前記電子放出材料を含む層はダイア
モンド及びダイアモンドライクカーボンの少なくとも一
方を含むのが好ましい。
The layer containing the electron emitting material preferably contains at least one of diamond and diamond-like carbon.

【0036】上記各構成によれば、放出された電子の軌
道を妨げる障害物および、障害となるような電位が存在
していないため、放出電子のほぼ全てが電子放出電流と
なるので、低電圧で高効率な電子放出が可能となる。
According to each of the above-mentioned configurations, since there is no obstacle that obstructs the trajectory of the emitted electrons and no potential that obstructs them, almost all of the emitted electrons become an electron emission current, so that a low voltage is applied. Thus, highly efficient electron emission is possible.

【0037】そして、ほぼ積層を繰り返した非常に単純
な構成であり製造プロセスが容易である。
The structure is very simple and the manufacturing process is easy.

【0038】また、他の発明は、電子を放出する電子源
であって、上記構成を有する電子放出素子を複数個配置
して形成されることを特徴とする。
Another aspect of the invention is an electron source for emitting electrons, which is characterized in that it is formed by arranging a plurality of electron-emitting devices having the above structure.

【0039】また、このような電子源は、前記電子放出
素子をマトリクス配線して形成されるのが好ましい。
Further, such an electron source is preferably formed by matrix-wiring the electron-emitting devices.

【0040】また、他の発明は、画像を形成する機能を
有する画像形成装置において、上記構成を有する電子源
と、該電子源から放出された電子によって画像を形成す
る画像形成部材とを備えることを特徴とする。
Another aspect of the present invention is an image forming apparatus having a function of forming an image, comprising an electron source having the above structure and an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source. Is characterized by.

【0041】また、前記画像形成部材は、電子の衝突に
よって発光する蛍光体であるのが好ましい。
Further, it is preferable that the image forming member is a phosphor that emits light by collision of electrons.

【0042】[0042]

【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.

【0043】図1は本発明の最も基本的な構成の電子放
出素子を示す断面的模式図であり、(a)が断面図、
(B)が平面図である。また、図2はこの素子を駆動さ
せた時の電流電圧特性をあらわす図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an electron-emitting device having the most basic constitution of the present invention, in which (a) is a sectional view,
(B) is a plan view. Further, FIG. 2 is a diagram showing current-voltage characteristics when this element is driven.

【0044】図1において、1は基板、2は第1の電
極、3は絶縁層、4は第2の電極である。5は電子放出
層であり、5Aと5Bに区分される。5Aは開口(孔)
の中央部に位置し電子放出の閾値電圧が低い材料、構造
であり、一方5Bは中央部と反対に電子放出の閾値電圧
が高い材料、構造である。ここで、第2の電極4は電子
が放出されない層であり、第1の電極2と電子放出層5
は異なる導電材料を示すが、同じ材料であっても問題は
ない。
In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is a first electrode, 3 is an insulating layer, and 4 is a second electrode. Reference numeral 5 denotes an electron emission layer, which is divided into 5A and 5B. 5A is an opening (hole)
5B is a material and structure located in the central portion of which has a low threshold voltage for electron emission, while 5B is a material and structure having a high threshold voltage of electron emission opposite to the central portion. Here, the second electrode 4 is a layer from which electrons are not emitted, and the first electrode 2 and the electron emission layer 5 are
Indicate different conductive materials, but the same material does not matter.

【0045】また、W1は第1の電極(電子放出層5も
含む)の幅でありh1は絶縁層3の厚さ、Hはアノード
12と低電位電極の間の距離である。
W1 is the width of the first electrode (including the electron emission layer 5), h1 is the thickness of the insulating layer 3, and H is the distance between the anode 12 and the low potential electrode.

【0046】Vgは、第2の電極4と第1の電極2(電
子放出層5も含む)との間に印加される電圧、Vaは第
1の電極とアノード12間に印加されている電圧、Ie
は電子放出電流である。EhはVgにより形成される電
界である。素子を駆動させるためにVg,Vaを印加す
ると、電界Ehが形成され、Vg,W1、h1、形状,
絶縁層の誘電率等により孔内部の等電位面の形状が定め
られる。孔の外では主にゲート4とVaによりほぼ平行
な等電位面となる図2に電子放出材料5Aと5Bそれぞ
れの電流電圧特性を示す。5Aは低い閾値電圧で電子放
出が起こる(A)が5Bは高い閾値電圧で電子放出が起
きる(B)。したがって、その中間の電圧を設定すれば
おなじ電圧設定でも中央からのみ電子放出を起こすこと
が可能である。
Vg is a voltage applied between the second electrode 4 and the first electrode 2 (including the electron emission layer 5), and Va is a voltage applied between the first electrode and the anode 12. , Ie
Is the electron emission current. Eh is an electric field formed by Vg. When Vg and Va are applied to drive the element, an electric field Eh is formed, and Vg, W1, h1, shape,
The shape of the equipotential surface inside the hole is determined by the dielectric constant of the insulating layer. The current-voltage characteristics of the electron-emitting materials 5A and 5B are shown in FIG. 2, which is an equipotential surface which is substantially parallel to the gate 4 and Va outside the hole. 5A causes electron emission at a low threshold voltage (A), while 5B causes electron emission at a high threshold voltage (B). Therefore, if an intermediate voltage is set, it is possible to cause electron emission only from the center even with the same voltage setting.

【0047】図3に本発明の素子から放出された電子の
軌道を孔の中においてSimulationした結果を
示す。等電位面は上に凸の形になっており、真空に放出
された電子は外側に軌道を取り、電子放出素子の周囲か
ら放出した電子は第2の絶縁膜もしくは第2の電極に衝
突散乱し、電子の軌道は大きく広がるはずであるが、実
際に電子放出が行われる部分は孔の中央部であり、周辺
に散乱することもなく電子は孔の外に引き出される。孔
から出ると、あとはY方向がVaにより加速され蛍光板
に衝突する。ビーム広がりに影響するX方向は孔から出
たときのX方向の初速度Vxの等速度運動で近似でき
る。ビーム径を小さくするのは,散乱成分をなくすこ
と,及びVxを小さくすることが重要で、本発明の実施
形態では無散乱、低Vxが実現できる。その他ビームサ
イズは電界Ehの増加、Vaの低下に伴い広がる傾向に
あり、これらのパラメータは、電子放出素子の使用用途
に好適な値を選択する設計事項となる。本実施形態では
さらに従来から指摘される電子放出材料エッジからの電
子放出が抑制される。エッジ部分では電界が集中しやす
く電子は放出しやすい反面、電界が形状効果により平坦
でいられず擾乱し、電子は発散する傾向が強く、さらに
はプロセス的安定性も保証できないため電子ビーム径を
小さくするには障害となる。
FIG. 3 shows the result of simulation of the orbits of electrons emitted from the device of the present invention in the holes. The equipotential surface is convex upward, the electrons emitted into the vacuum take an orbit to the outside, and the electrons emitted from around the electron-emitting device collide and scatter with the second insulating film or the second electrode. However, the orbit of the electron should spread greatly, but the part where the electron is actually emitted is the central part of the hole, and the electron is drawn out of the hole without being scattered to the periphery. After leaving the hole, the Y direction is accelerated by Va and collides with the fluorescent plate. The X direction that affects the beam spread can be approximated by a uniform velocity motion of the initial velocity Vx in the X direction when the beam exits the hole. In order to reduce the beam diameter, it is important to eliminate scattered components and to reduce Vx. In the embodiment of the present invention, non-scattering and low Vx can be realized. The beam size tends to expand as the electric field Eh increases and Va decreases, and these parameters are design items for selecting values suitable for the intended use of the electron-emitting device. In the present embodiment, the electron emission from the edge of the electron emitting material, which has been conventionally pointed out, is further suppressed. While the electric field is likely to be concentrated at the edge and electrons are easily emitted, the electric field tends to be turbulent because of the shape effect and is disturbed, and the electrons tend to diverge.Furthermore, process stability cannot be guaranteed and the electron beam diameter is small. To be an obstacle.

【0048】本発明の素子では、上記説明したように無
散乱で電子を取り出すことが可能であり、このため、放
出電子のほぼ全てがIeとなり、低電圧でも非常に効率
が良い。
In the device of the present invention, as described above, electrons can be taken out without scattering, so that almost all the emitted electrons become Ie, which is very efficient even at low voltage.

【0049】また、本発明の素子上の電子放出面は電子
放出層5A表面であり、電子放出面積が鋭角な部分でな
く広い領域であるために、イオン衝撃に対しても耐久性
が良い。
Further, the electron emission surface on the device of the present invention is the surface of the electron emission layer 5A, and the electron emission area is a wide area instead of an acute angle portion, so that it has good durability against ion bombardment.

【0050】さらには、本発明の素子は積層を繰り返し
た非常に単純な構成であり、製造プロセスが容易であ
り、歩留まり良く製造できる。(製造方法は後述す
る)。
Furthermore, the device of the present invention has a very simple structure in which lamination is repeated, the manufacturing process is easy, and the device can be manufactured with high yield. (The manufacturing method will be described later).

【0051】以上述べた本発明の実施の形態に係る電子
放出素子について、更に詳細に説明する。図4を参照し
て、本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法
の一例を説明するがこの製造方法に限定されないことは
言うまでも無い。まず予め、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たガ
ラス、青板ガラス、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、アルミナ等セラミックス
の絶縁性基板のうち、いずれか一つを基板1として用
い、基板1上に第1の電極2を積層する。
The electron-emitting device according to the embodiment of the present invention described above will be described in more detail. An example of the method of manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4, but it goes without saying that the manufacturing method is not limited to this. First, the surface thereof is thoroughly washed in advance, quartz glass, glass with a reduced content of impurities such as Na, soda lime glass, a laminated body in which SiO 2 is laminated on a silicon substrate by a sputtering method, insulation of ceramics such as alumina, etc. One of the conductive substrates is used as the substrate 1, and the first electrode 2 is laminated on the substrate 1.

【0052】第1の電極2は一般的に導電性を有してお
り、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により
形成される。第1の電極4の材料は、例えば、Be,M
g,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,A
l,Cu,Ni,Cr,Au,Pt,Pd等の金属また
は合金材料、TiC,ZrC,HfC,TaC,Si
C,WC等の炭化物、HfB2,ZrB2,LaB6,C
eB6、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,ダイアモ
ンドライクカーボン,ダイアモンドを分散した炭素及び
炭素化合物等から適宜選択される。第1の電極2の厚さ
としては、数十nmから数mmの範囲で設定され、好ま
しくは数百nmから数μmの範囲で選択される。
The first electrode 2 is generally conductive and is formed by a general vacuum film forming technique such as a vapor deposition method and a sputtering method. The material of the first electrode 4 is, for example, Be, M
g, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, A
Metal or alloy material such as 1, Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, TiC, ZrC, HfC, TaC, Si
Carbides such as C and WC, HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 and C
borides such as eB 6 , YB 4 , GdB 4 , TiN, ZrN,
It is appropriately selected from nitrides such as HfN, semiconductors such as Si and Ge, organic polymer materials, amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon, carbon in which diamond is dispersed, and carbon compounds. The thickness of the first electrode 2 is set in the range of several tens nm to several mm, and is preferably selected in the range of several hundred nm to several μm.

【0053】ついで第4図(b)に示すように第1の電
極2に続いて,絶縁層3を堆積する。絶縁層3は、スパ
ッタ法等の一般的な真空成膜法、CVD法、真空蒸着法
で形成され、その厚さとしては、数nmから数μmの範
囲で設定され、好ましくは数十nmから数百nmの範囲
から選択される。望ましい材料としてはSiO2,Si
O,SiN,Al23,CaF,アンドープダイアモン
ドなどの高電界に絶えられる耐圧の高い材料が望まし
い。
Then, as shown in FIG. 4B, an insulating layer 3 is deposited subsequent to the first electrode 2. The insulating layer 3 is formed by a general vacuum film forming method such as a sputtering method, a CVD method, or a vacuum vapor deposition method, and the thickness thereof is set in the range of several nm to several μm, preferably several tens nm. It is selected from the range of several hundred nm. SiO 2 and Si are preferable materials.
A material having a high breakdown voltage that can withstand a high electric field, such as O, SiN, Al 2 O 3 , CaF, and undoped diamond, is desirable.

【0054】更に、絶縁層3に続き第2の電極4を堆積
する。第2の電極4は、第1の電極2と同様に導電性を
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。第2
の電極4の材料は、例えば、Be,Mg,Ti,Zr,
Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Al,Cu,Ni,
Cr,Au,Pt,Pd等の金属または合金材料、Ti
C,ZrC,HfC,TaC,SiC,WC等の炭化
物、HfB2,ZrB2,LaB6,CeB6,YB 4,G
dB4等の硼化物、TiN,ZrN,HfN等の窒化
物、Si,Ge等の半導体、有機高分子材料等から適宜
選択される。第2の電極4の厚さとしては、数nmから
数μmの範囲で設定され、好ましくは数nmから数百n
mの範囲で選択される。
Further, a second electrode 4 is deposited following the insulating layer 3.
To do. The second electrode 4 has the same conductivity as the first electrode 2.
We have a general vacuum film forming technique such as vapor deposition method and sputtering method.
It is formed by a technique and a photolithography technique. Second
The material of the electrode 4 is, for example, Be, Mg, Ti, Zr,
Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni,
Metal or alloy material such as Cr, Au, Pt, Pd, Ti
Carbonization of C, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, etc.
Thing, HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB Four, G
dBFourSuch as borides, nitriding of TiN, ZrN, HfN, etc.
Materials, semiconductors such as Si and Ge, organic polymer materials, etc.
To be selected. The thickness of the second electrode 4 is from several nm
It is set in the range of several μm, preferably several nm to several hundreds n
It is selected in the range of m.

【0055】なお、電極2,4は、同一材料でも異種材
料でも良く、また、同一形成方法でも異種方法でも良
い。
The electrodes 2 and 4 may be made of the same material or different materials, and may be formed by the same method or different methods.

【0056】次に、図4(c)に示すように、フォトリ
ソグラフィー技術によりマスクパターン41を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 4C, a mask pattern 41 is formed by the photolithography technique.

【0057】そして、図4(d)に示すように、各層の
一部がカソード電極2上から取り除かれた、積層構造が
形成される。ただし、本エッチング工程は、カソード電
極2上で停止しても良いし、カソード電極2の一部がエ
ッチングされても良い。
Then, as shown in FIG. 4D, a laminated structure is formed in which a part of each layer is removed from the cathode electrode 2. However, this etching process may be stopped on the cathode electrode 2, or a part of the cathode electrode 2 may be etched.

【0058】エッチング工程はそれぞれの各層3,4,
及び2の材料に応じて、エッチング方法を選択すれば良
い。ついで図4(e)のように電子放出層5を形成す
る。電子放出材料は蒸着法、スパッタ法、CVD法等の
一般的成膜技術により形成される。電子放出層5の材料
は、例えば、アモルファスカーボン,グラファイト,ダ
イアモンドライクカーボン,ダイアモンドを分散した炭
素及び炭素化合物等やAlNやAlGaN等から適宜選
択される。好ましくは仕事関数の低いダイアモンド薄
膜、ダイアモンドライクカーボン等が良い。電子放出層
5の膜厚としては、数nmから数百nmの範囲で設定さ
れ、好ましくは数nmから数十nmの範囲で選択され
る。ここで本発明の構造を作成するために電子放出材料
の電子放出閾値を面内で異なるように成膜する。電子放
出の閾値電圧を変える方法はいろいろな手法で実現され
ている。1つはバンドギャップを変えて電子注入部や、
電子放出部を制御する方法であり、その他にも膜厚を制
御して電子放出閾値を制御する例も報告されている。
(R.D.Forrest et.Al., Appl
ied Physics Letters, Volu
me 73, Number 25,p.3784 1
988)電子放出材料のバンドギャップを変化させる方
法はさまざまであり,例えばダイアモンドライクカーボ
ンの場合は膜形成方法にもよるが、温度を変化させた
り,照射エネルギーを変えたり(例えばM.Weier
et.al. Physical ReviewB,
Vol.53, Number3 15/Januar
y 1996 P.1594),照射イオン密度を変え
たり、ガスを用いる場合はガス種,ガス流量(例えば
R.Kleberet.al. Diamond an
d Related Materials, 2(19
93) p.246)を変えたりして制御することが可
能であり,特に限定されない。いずれも成膜中に各パラ
メーターを設定し制御することで可能となる。より精密
に必要な場合はバンドギャップを測定しながらフィード
バックをかけたりすることも可能である。また、電子放
出材料を堆積した後にイオン注入や電子照射等により部
分的に膜を改質させる方法でも構わない。製造方法を簡
易に行うにはセルフアライン的に行えることは重要であ
り、好ましい。
The etching process is performed for each layer 3, 4,
The etching method may be selected according to the materials of 2 and 3. Then, the electron emission layer 5 is formed as shown in FIG. The electron emitting material is formed by a general film forming technique such as a vapor deposition method, a sputtering method or a CVD method. The material of the electron emission layer 5 is appropriately selected from, for example, amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon, carbon and carbon compounds in which diamond is dispersed, AlN, AlGaN, and the like. A diamond thin film having a low work function, diamond-like carbon, etc. are preferable. The film thickness of the electron emission layer 5 is set in the range of several nm to several hundred nm, and preferably selected in the range of several nm to several tens nm. Here, in order to form the structure of the present invention, the electron emission threshold of the electron emission material is formed so as to be different in the plane. Various methods have been used to change the threshold voltage for electron emission. One is to change the band gap and
In addition to the method of controlling the electron emission portion, an example of controlling the electron emission threshold by controlling the film thickness has also been reported.
(RD Forrest et. Al., Appl.
ied Physics Letters, Volu
me 73, Number 25, p. 3784 1
988) There are various methods for changing the band gap of the electron-emitting material. For example, in the case of diamond-like carbon, depending on the film forming method, the temperature may be changed or the irradiation energy may be changed (for example, M. Weier).
et. al. Physical Review B,
Vol. 53, Number3 15 / Januar
y 1996 P.I. 1594), the irradiation ion density is changed, and when a gas is used, the gas species and the gas flow rate (for example, R. Kleberet. Al. Diamond an
d Related Materials, 2 (19
93) p. It is possible to control by changing 246) and is not particularly limited. Both can be achieved by setting and controlling each parameter during film formation. If more precise, it is possible to apply feedback while measuring the band gap. Alternatively, a method of partially modifying the film by ion implantation or electron irradiation after depositing the electron emitting material may be used. It is important and preferable that the production method can be performed in a self-aligned manner in order to simplify the production method.

【0059】また、ここで電子放出層5を堆積せずに、
孔を形成する前に第1の電極上に、電子放出層5を堆積
する場合もある。
Further, here, without depositing the electron emission layer 5,
In some cases, the electron emission layer 5 is deposited on the first electrode before forming the holes.

【0060】第1の電極(電子放出層5も含む)の幅W
1は、素子を構成する材料や抵抗値、第1の電極の材料
の仕事関数と駆動電圧、必要とする電子放出ビームの形
状により適宜設定される。通常、W1は数百nmから数
百μmの範囲から選択される。また図5に示すように上
記孔を複数個並べて1画素を形成することもできる。絶
縁膜の高さh1や電子放出材料の厚さも素子を構成する
材料や抵抗値、電子放出素子の材料の仕事関数と駆動電
圧、必要とする電子放出ビームの形状により適宜設定さ
れる。通常、h1は数百nmから数十μmの範囲から選
択され電子放出材料の厚さもh1にもよるが数百nmか
ら数十μmの範囲から選択される。
Width W of the first electrode (including the electron emission layer 5)
1 is appropriately set depending on the material and resistance of the element, the work function and drive voltage of the material of the first electrode, and the required shape of the electron emission beam. Usually, W1 is selected from the range of several hundred nm to several hundred μm. Further, as shown in FIG. 5, one pixel may be formed by arranging a plurality of the holes. The height h1 of the insulating film and the thickness of the electron emission material are also appropriately set depending on the material and resistance of the element, the work function and drive voltage of the material of the electron emission element, and the required shape of the electron emission beam. Usually, h1 is selected from the range of several hundred nm to several tens of μm, and the thickness of the electron emitting material is also selected from the range of several hundred nm to several tens of μm, depending on h1.

【0061】本発明を適用した電子放出素子の応用例に
ついて以下に述べる。本発明の電子放出素子の複数個を
基体上に配列し、例えば電子源、あるいは画像形成装置
が構成できる。
Application examples of the electron-emitting device to which the present invention is applied will be described below. By arranging a plurality of electron-emitting devices of the present invention on a substrate, for example, an electron source or an image forming apparatus can be constructed.

【0062】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用される。一例として、電子放出素子をX方向及
びY方向に行列状に複数個配し、同じ行に配された複数
の電子放出素子の電極の一方を、X方向の配線に共通に
接続し、同じ列に配された複数の電子放出素子の電極の
他方を、Y方向の配線に共通に接続した単純マトリクス
配置がある。
Various arrangements of electron-emitting devices are adopted. As an example, a plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix in the X and Y directions, one of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same row is commonly connected to a wiring in the X direction, and the same column is used. There is a simple matrix arrangement in which the other of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the above is commonly connected to the wiring in the Y direction.

【0063】以下、単純マトリクス配置を採用し、本発
明を適用可能な電子放出素子を複数配して得られる電子
源について、図6を用いて説明する。図6において、6
1は電子源基体、62はX方向配線、63はY方向配線
である。64は本発明の電子放出素子、65は結線であ
る。
An electron source obtained by adopting a simple matrix arrangement and arranging a plurality of electron-emitting devices to which the present invention can be applied will be described below with reference to FIG. In FIG. 6, 6
Reference numeral 1 is an electron source substrate, 62 is an X-direction wiring, and 63 is a Y-direction wiring. Reference numeral 64 is an electron-emitting device of the present invention, and 65 is a wire connection.

【0064】m本のX方向配線62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、幅は、適宜設計される。Y
方向配線63は、Dy1,Dy2,…Dynのn本の配
線よりなり、X方向配線62と同様に形成される。これ
らm本のX方向配線62とn本のY方向配線63との間
には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電
気的に分離している(m,nは、共に正の整数)。
The m number of X-direction wirings 62 are Dx1 and Dx.
2, ... 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. Y
The directional wiring 63 is composed of n wirings Dy1, Dy2, ... Dyn, and is formed similarly to the X-directional wiring 62. An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-direction wirings 62 and the n Y-direction wirings 63 to electrically isolate the two (m and n are both Positive integer).

【0065】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62を形成した基体61の
全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、X方向
配線62とY方向配線63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62とY方向配線63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 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 61 on which the X-direction wiring 62 is formed, and in particular, the film thickness and material are set so as to withstand the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 62 and the Y-direction wiring 63. The manufacturing method is set appropriately. The X-direction wiring 62 and the Y-direction wiring 63 are drawn out as external terminals.

【0066】電子放出素子64を構成する一対の電極
(不図示)は、m本のX方向配線62とn本のY方向配
線63と導電性金属等からなる結線65によって電気的
に接続されている。
A pair of electrodes (not shown) forming the electron-emitting device 64 are electrically connected to each other by m X-direction wirings 62, n Y-direction wirings 63 and a connection 65 made of a conductive metal or the like. There is.

【0067】X方向配線62とY方向配線63を構成す
る材料、結線65を構成する材料及び一対の素子電極を
構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同
一であっても、またそれぞれ異なってもよい。これら材
料は、例えば前述の素子電極(電極2,4)の材料より
適宜選択される。素子電極を構成する材料と配線材料が
同一である場合には、素子電極に接続した配線は素子電
極ということもできる。
The material forming the X-direction wiring 62 and the Y-direction wiring 63, the material forming the connection 65, and the material forming the pair of element electrodes may be the same or may be the same as some of the constituent elements. Each may be different. These materials are appropriately selected, for example, from the materials of the device electrodes (electrodes 2 and 4) described above. 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.

【0068】X方向配線62には、X方向に配列した電
子放出素子64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63には、Y方向に配列した電子放出素子64
の各列を入力信号に応じて、変調するための不図示の変
調信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加さ
れる駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調
信号の差電圧として供給される。
A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 64 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 62. On the other hand, Y
The directional wiring 63 includes the electron-emitting devices 64 arranged in the Y direction.
A modulation signal generating means (not shown) is connected to modulate each column according to the input signal. The driving voltage applied to each electron-emitting device is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the device.

【0069】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。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7を用い
て説明する。
In the above structure, individual elements can be selected and driven independently by using simple matrix wiring. An image forming apparatus configured by using an electron source having such a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG.

【0070】図7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。図7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91を固
定したリアプレート、96はガラス基体93の内面に画
像形成部材である蛍光体としての蛍光膜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。97は外囲器であり、例えば大気中あるい
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。
FIG. 7 is a schematic view showing an example of the display panel of the image forming apparatus. In FIG. 7, 81 is an electron source substrate having a plurality of electron-emitting devices, 91 is a rear plate to which the electron source substrate 91 is fixed, 96 is a glass substrate 93, and a fluorescent film 94 as a phosphor serving as an image forming member is provided on the inner surface of the glass substrate 93. It is a face plate on which a metal back 95 and the like are formed. 92
Is a support frame, and the support frame 92 includes a rear plate 91,
The face plate 96 is connected using frit glass or the like. Reference numeral 97 denotes an envelope, which is sealed and formed by baking in an atmosphere or nitrogen in a temperature range of 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more.

【0071】84は、図1における電子放出素子に相当
する。62,63は、電子放出素子の一対の素子電極
2,4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 device in FIG. Reference numerals 62 and 63 are X-direction wiring and Y-direction wiring connected to the pair of device electrodes 2 and 4 of the electron-emitting device.

【0072】外囲器97は、上述の如く、フェースプレ
ート96、支持枠92、リアプレート91で構成され
る。リアプレート91は主に基体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9
7を構成しても良い。一方、フェースプレート96、リ
アプレート91間に、スペーサーとよばれる不図示の支
持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度
をもつ外囲器97を構成することもできる。
The envelope 97 is composed of the face plate 96, the support frame 92 and the rear plate 91 as described above. Since the rear plate 91 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the base body 81, if the base body 81 itself has sufficient strength, the separate rear plate 91 can be omitted. That is, the support frame 92 is directly sealed to the base body 81, and the face plate 96, the support frame 92 and the base body 81 are used to seal the enclosure 9
7 may be configured. 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 configure the envelope 97 having sufficient strength against atmospheric pressure.

【0073】なお、本実施の形態にかかる電子放出素子
を用いた画像形成装置では、放出した電子軌道を考慮し
て電子放出素子84上部に蛍光体(蛍光膜94)をアラ
イメントして配置する。
In the image forming apparatus using the electron-emitting device according to the present embodiment, the phosphor (fluorescent film 94) is aligned and arranged above the electron-emitting device 84 in consideration of the emitted electron orbit.

【0074】図8は、蛍光膜94をパネルとしての使用
した場合の使用態様を示す模式図である。カラーの蛍光
膜の場合は、蛍光体の配列により図8(a)に示すブラ
ックストライプあるいは図8(b)に示すブラックマト
リクスなどと呼ばれる黒色導電材86と蛍光体85とか
ら構成した。
FIG. 8 is a schematic view showing a mode of use when the fluorescent film 94 is used as a panel. In the case of a color fluorescent film, it is composed of a black conductive material 86 called a black stripe shown in FIG. 8A or a black matrix shown in FIG.

【0075】ブラックストライプ、ブラックマトリクス
を設ける目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色
蛍光体の各蛍光体85間の塗り分け部を黒くすることで
混色等を目立たなくすることと、蛍光膜94における外
光反射によるコントラストの低下を抑制することにあ
る。ブラックストライプの材料としては、通常用いられ
ている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性があり、光
の透過及び反射が少ない材料を用いることができる。
In the case of color display, the purpose of providing the black stripes and the black matrix is to make the mixed portions between the phosphors 85 of the three primary color phosphors black so as to make the mixed colors inconspicuous, and to make the phosphor film. This is to suppress the decrease in contrast due to external light reflection at 94. As the material of the black stripe, in addition to a commonly used material containing graphite as a main component, a material having conductivity and having little light transmission and reflection can be used.

【0076】ガラス基板93に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜94の内面側には、通常メタルバ
ック95が設けられる。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート9
6側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させるこ
と、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作
用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によ
るダメージから蛍光体94を保護すること等である。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
とで作製できる。
As a method for applying the fluorescent substance to the glass substrate 93, a precipitation method, a printing method or the like can be adopted regardless of monochrome or color. A metal back 95 is usually provided on the inner surface side of the fluorescent film 94. The purpose of providing a metal back is
Of the light emitted from the phosphor, the light to the inner surface side
To improve the brightness by mirror-reflecting to the 6 side, to act as an electrode for applying an electron beam accelerating voltage, and to protect the phosphor 94 from damage due to collision of negative ions generated in the envelope. Etc. The metal back 95 is subjected to a smoothing process (generally called “filming”) on the inner surface of the fluorescent film after the fluorescent film is produced.
And then depositing Al using vacuum deposition or the like.

【0077】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)を設けてもよい。本発明においては、電子
放出素子84の直上に電子ビームが到達するため、電子
放出素子84の直上に蛍光膜94が配置されるように、
位置あわせされて構成される。
The face plate 96 further includes a fluorescent film 9
In order to improve the conductivity of No. 4, a transparent electrode (not shown) may be provided on the outer surface side of the fluorescent film 94. In the present invention, since the electron beam reaches directly above the electron emitting element 84, the fluorescent film 94 is arranged directly above the electron emitting element 84.
Aligned and configured.

【0078】次に、封着工程を施した外囲器(パネル)
を封止する真空封止工程について説明する。
Next, the envelope (panel) which has been subjected to the sealing step.
The vacuum sealing step of sealing the will be described.

【0079】真空封止工程は、外囲器(パネル)97を
加熱して、80〜250℃に保持しながら、イオンポン
プ、ソープションポンプなどの排気装置によりの排気管
(不図示)を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲
気にした後、排気管をバーナーで熱して溶解させて封じ
きる。外囲器97の封止後の圧力を維持するために、ゲ
ッター処理を行なうこともできる。これは、外囲器97
の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは
高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器97内の所定
の位置(不図示)に配置されたゲッターを加熱し、蒸着
膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ba等が主成
分であり、該蒸着膜の吸着作用により、外囲器97内の
雰囲気を維持するものである。
In the vacuum sealing step, the envelope (panel) 97 is heated and kept at 80 to 250 ° C., and exhausted through an exhaust pipe (not shown) by an exhaust device such as an ion pump or a sorption pump. Then, after the atmosphere is made sufficiently low in organic substances, the exhaust pipe is heated by a burner to melt and seal. A getter process can be performed to maintain the pressure after the envelope 97 is sealed. This is the envelope 97
Immediately before or after the sealing of (1) and (2) after heating, the getter placed at a predetermined position (not shown) in the envelope 97 is heated by heating using resistance heating or high frequency heating to form a vapor deposition film. Processing. The getter usually has Ba as a main component and maintains the atmosphere in the envelope 97 by the adsorption action of the vapor deposition film.

【0080】以上の工程によって製造された単純マトリ
クス配置の電子源を用いて構成した画像形成装置は、各
電子放出素子に、容器外端子Dx1〜Dxm、Dy1〜
Dynを介して電圧を印加することにより、電子放出が
生ずる。Vaは高圧端子を介してメタルバック95、あ
るいは透明電極(不図示)に高圧を印加し、電子ビーム
を加速する。加速された電子は、蛍光膜94に衝突し、
発光が生じて画像が形成される。
In the image forming apparatus constructed by using the electron source of the simple matrix arrangement manufactured by the above process, the external terminals Dx1 to Dxm, Dy1 to Dy1 to each electron emitting element are formed.
By applying a voltage via Dyn, electron emission occurs. Va applies a high voltage to the metal back 95 or a transparent electrode (not shown) via a high voltage terminal to accelerate the electron beam. The accelerated electrons collide with the fluorescent film 94,
Light emission occurs and an image is formed.

【0081】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、NTSC方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図9を用いて説明する。図9において、13
01は画像表示表示パネル、1302は走査回路、13
03は制御回路、1304はシフトレジスタである。1
305はラインメモリ、1306は同期信号分離回路、
1307は変調信号発生器、VxおよびVaは直流電圧
源である。表示パネル1301は、端子Dox1乃至D
oxm、端子Doy1乃至Doyn、及び高圧端子Hv
を介して外部の電気回路と接続している。端子Dox1
乃至Doxmには、表示パネル内に設けられている電子
源、即ち、M行N列の行列状にマトリクス配線された電
子放出素子群を一行(N素子)ずつ順次駆動する為の走
査信号が印加される。
Next, a configuration example of a drive circuit for performing television display based on a television signal of the NTSC system on a display panel constructed by using an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. . In FIG. 9, 13
01 is an image display panel, 1302 is a scanning circuit, 13
Reference numeral 03 is a control circuit, and 1304 is a shift register. 1
305 is a line memory, 1306 is a sync signal separation circuit,
1307 is a modulation signal generator, and Vx and Va are DC voltage sources. The display panel 1301 has terminals Dox1 to Dox1.
oxm, terminals Doy1 to Doyn, and high-voltage terminal Hv
It is connected to an external electric circuit via. Terminal Dox1
To Doxm, a scanning signal for sequentially driving an electron source provided in the display panel, that is, an electron emitting device group matrix-wired in a matrix of M rows and N columns row by row (N elements) is applied. To be done.

【0082】端子Dy1乃至Dynには、前記走査信号
により選択された一行の電子放出素子の各素子の出力電
子ビームを制御する為の変調信号が印加される。高圧端
子Hvには、直流電圧源Vaより、例えば10K[V]
の直流電圧が供給されるが、これは電子放出素子から放
出される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネ
ルギーを付与する為の加速電圧である。
A modulation signal is applied to the terminals Dy1 to Dyn for controlling the output electron beam of each element of the electron-emitting devices in one row selected by the scanning signal. The high-voltage terminal Hv receives, for example, 10 K [V] from the DC voltage source Va.
Is supplied, which is an accelerating voltage for giving enough energy to excite the phosphor to the electron beam emitted from the electron-emitting device.

【0083】走査回路1302について説明する。同回
路は、内部にM個のスイッチング素子を備えたもので
(図中,S1ないしSmで模式的に示している)ある。
各スイッチング素子は、直流電圧源Vxの出力電圧もし
くは0[V](グランドレベル)のいずれか一方を選択
し、表示パネル1301の端子Dx1乃至Dxmと電気
的に接続される。S1乃至Smの各スイッチング素子
は、制御回路1303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わせることにより構成すること
ができる。
The scanning circuit 1302 will be described. The circuit is provided with M switching elements inside (indicated by S1 to Sm in the figure).
Each switching element selects either the output voltage of the DC voltage source Vx or 0 [V] (ground level), and is electrically connected to the terminals Dx1 to Dxm of the display panel 1301. Each of the switching elements S1 to Sm operates based on the control signal Tscan output from the control circuit 1303, and can be configured by combining switching elements such as FETs.

【0084】直流電圧源Vxは、本例の場合に電子放出
素子の特性(電子放出しきい値電圧)に基づき走査され
ていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値
電圧以下となるような一定電圧を出力するよう設定され
ている。
In the case of the present example, the DC voltage source Vx causes the drive voltage applied to the element which is not scanned based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the electron emission element to be equal to or lower than the electron emission threshold voltage. It is set to output such a constant voltage.

【0085】制御回路1303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1303は、
同期信号分離回路1306より送られる同期信号Tsy
ncに基づいて、各部に対してTscanおよびTsf
tおよびTmryの各制御信号を発生する。
The control circuit 1303 has a function of matching the operation of each unit so that an appropriate display is performed based on an image signal input from the outside. The control circuit 1303
Sync signal Tsy sent from sync signal separation circuit 1306
Tscan and Tsf for each part based on nc
Generate t and Tmry control signals.

【0086】同期信号分離回路1306は、外部から入
力されるNTSC方式のテレビ信号から同期信号成分と
輝度信号成分とを分離する為の回路で、一般的な周波数
分離(フィルター)回路等を用いて構成できる。同期信
号分離回路1306により分離された同期信号は、垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上Tsync信号として図示した。前記テレビ信号か
ら分離された画像の輝度信号成分は便宜上DATA信号
と表した。該DATA信号はシフトレジスタ1304に
入力される。
The sync signal separation circuit 1306 is a circuit for separating the sync signal component and the luminance signal component from the NTSC system television signal input from the outside, and uses a general frequency separation (filter) circuit or the like. Can be configured. The sync signal separated by the sync signal separation circuit 1306 includes a vertical sync signal and a horizontal sync signal, but it is shown here as a Tsync signal for convenience of description. The luminance signal component of the image separated from the television signal is represented as a DATA signal for convenience. The DATA signal is input to the shift register 1304.

【0087】シフトレジスタ1304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1303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1304のシフトクロックであるということもで
きる。)。シリアル/パラレル変換された画像1ライン
分(電子放出素子N素子分の駆動データに相当)のデー
タは、Id1乃至IdnのN個の並列信号として前記シ
フトレジスタ1304より出力される。
The shift register 1304 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 1303. It can be said that the control signal Tsft is the shift clock of the shift register 1304. The serial / parallel converted image data for one line (corresponding to drive data for N electron emission elements) is output from the shift register 1304 as N parallel signals Id1 to Idn.

【0088】ラインメモリ1305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1303より送られる制御信号Tmryに
従って適宜Id1乃至Idnの内容を記憶する。記憶さ
れた内容は、I’d1乃至I’dnとして出力され、変
調信号発生器1307に入力される。
The line memory 1305 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 1303. The stored contents are output as I′d1 to I′dn and input to the modulation signal generator 1307.

【0089】変調信号発生器1307は、画像データ
I’d1乃至I’dnの各々に応じて電子放出素子の各
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1
301内の電子放出素子に印加される。
The modulation signal generator 1307 is a signal source for appropriately driving and modulating each of the electron-emitting devices according to each of the image data I′d1 to I′dn, and the output signal thereof is from the terminals Doy1 to Doy1. Display panel 1 through Doyn
It is applied to the electron-emitting device in 301.

【0090】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ieに対して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Vth
があり、Vth以上の電圧を印加された時のみ電子放出
が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素
子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。こ
のことから、本素子に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、印加電圧Vf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、本素子にパルス電圧を印加する場合、パル
スの高さPhを変化させる事により電子ビーム強度を、
パルスの幅Pwを変化させることにより出力される電子
ビームの電荷の総量を制御する事が可能である。
As described above, the electron-emitting device to which the present invention can be applied has the following basic characteristics with respect to the emission current Ie. That is, a clear threshold voltage Vth is required for electron emission.
Therefore, electron emission occurs only when a voltage higher than Vth is applied. For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold value, the emission current also changes according to the change in the voltage applied to the device. From this, when a voltage is applied to this element, for example, no electron emission occurs even if a voltage below the electron emission threshold is applied, but an electron beam is output when a voltage above the electron emission threshold is applied. . At that time, the intensity of the output electron beam can be controlled by changing the applied voltage Vf. Further, when a pulse voltage is applied to this element, the electron beam intensity is changed by changing the pulse height Ph.
By changing the pulse width Pw, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam.

【0091】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1307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 implementing the voltage modulation method, a circuit of the voltage modulation method is used as the modulation signal generator 1307, which 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.

【0092】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1307として、一定の波高値の電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パル
スの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用い
ることができる。
When implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 1307, it is possible to use a circuit of a pulse width modulation system that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data.

【0093】シフトレジスタ1304やラインメモリ1
305は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式の
ものをも採用できる。画像信号のシリアル/パラレル変
換や記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。
The shift register 1304 and the line memory 1
The digital signal type 305 and the analog signal type 305 can be adopted. This is because the serial / parallel conversion and storage of the image signal may be performed at a predetermined speed.

【0094】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路1306の出力信号DATAをデジタル信号
化する必要があるが、これには1306の出力部にA/
D変換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ
1305の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かに
より、変調信号発生器1307に用いられる回路が若干
異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧
変調方式の場合、変調信号発生器1307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13
07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。必要に応じて、比較器
の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素子
の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加する
こともできる。
When the digital signal type is used, it is necessary to convert the output signal DATA of the sync signal separation circuit 1306 into a digital signal.
A D converter may be provided. In connection with this, the circuit used for the modulation signal generator 1307 is slightly different depending on whether the output signal of the line memory 1305 is a digital signal or an analog signal. That is, in the case of the voltage modulation method using a digital signal, for example, a D / A conversion circuit is used for the modulation signal generator 1307, and an amplification circuit or the like is added if necessary. In the case of the pulse width modulation method, the modulation signal generator 13
As the circuit 07, for example, a circuit in which a high-speed oscillator, a counter that counts the number of waves output from the oscillator, and a comparator that compares the output value of the counter with the output value of the memory is used. If necessary, an amplifier for voltage-amplifying the pulse-width-modulated modulation signal output from the comparator up to the driving voltage of the electron-emitting device can be added.

【0095】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器1307には、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシ
フト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方
式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路(VCO)
を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで
電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
In the case of the voltage modulation method using an analog signal, the modulation signal generator 1307 can employ, for example, an amplifier circuit using an operational amplifier or the like, and a level shift circuit or the like can be added if necessary. In the case of the pulse width modulation method, for example, a voltage control type oscillation circuit (VCO)
Can be adopted, and an amplifier for amplifying the voltage up to the driving voltage of the electron-emitting device can be added if necessary.

【0096】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置(図21)においては、各電子放出素
子に、容器外端子Dox1乃至Doxm、Doy1乃至
Doynを介して電圧を印加することにより、電子放出
が生ずる。高圧端子Hvを介してメタルバック95、あ
るいは透明電極(不図示)に高圧を印加し、電子ビーム
を加速する。加速された電子は、蛍光膜94に衝突し、
発光が生じて画像が形成される。
In the image display device (FIG. 21) to which the present invention having such a structure can be applied, a voltage is applied to each electron-emitting device through the terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn outside the container. Causes electron emission. A high voltage is applied to the metal back 95 or a transparent electrode (not shown) via the high voltage terminal Hv to accelerate the electron beam. The accelerated electrons collide with the fluorescent film 94,
Light emission occurs and an image is formed.

【0097】ここで説明した画像形成装置の構成は、本
発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の
技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号
については、NTSC方式を挙げたが入力信号はこれに
限られるものではなく、PAL,SECAM 方式など
他、これよりも、多数の走査線からなるTV信号(例え
ば、MUSE方式をはじめとする高品位TV)方式をも
採用できる。
The configuration of the image forming apparatus described here is an example of the image forming apparatus to which the present invention can be applied, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. As for the input signal, the NTSC system has been mentioned, but the input signal is not limited to this, and the PAL, SECAM system, etc., and a TV signal composed of a larger number of scanning lines (for example, the MUSE system, etc.). High-definition TV) system can also be adopted.

【0098】本発明の画像形成装置は、テレビジョン放
送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等
の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光
プリンターとしての画像形成装置等としても用いること
ができる。
The image forming apparatus of the present invention can be used not only as a display apparatus for television broadcasting, a display apparatus such as a TV conference system and a computer, but also as an image forming apparatus as an optical printer constituted by using a photosensitive drum or the like. Can be used.

【0099】[0099]

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below.

【0100】[実施例1]図1に本実施例により作製し
た電子放出素子の断面図、及び図2に平面図の一例を、
図4に本実施例の電子放出素子の製造方法の一例を示し
た。以下に、本実施例の電子放出素子の製造工程を詳細
に説明する。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a sectional view of an electron-emitting device manufactured according to this embodiment, and FIG. 2 is an example of a plan view.
FIG. 4 shows an example of a method of manufacturing the electron-emitting device of this embodiment. The manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment will be described in detail below.

【0101】(工程1)まず、図5(a)に示すよう
に、基板1に石英を用い、十分洗浄を行った後スパッタ
法により第1の電極2として厚さ500nmのTi膜を
形成後した。
(Step 1) First, as shown in FIG. 5A, after using quartz for the substrate 1 and performing sufficient cleaning, a Ti film having a thickness of 500 nm was formed as the first electrode 2 by the sputtering method. did.

【0102】(工程2)次に、図5(b)に示すよう
に、絶縁層3として厚さ600nmのSiO2、ゲート
電極4として厚さ100nmのTiをこの順で堆積し
た。
(Step 2) Next, as shown in FIG. 5B, 600 nm thick SiO 2 was deposited as the insulating layer 3 and 100 nm thick Ti was deposited as the gate electrode 4 in this order.

【0103】(工程3)次に、図5(c)に示すよう
に、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト
(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティ
ング、フォトマスクパターンを露光し、現像し、マスク
パターン41を形成した。
(Step 3) Next, as shown in FIG. 5C, the spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / Clariant) and the photomask pattern are exposed and developed by photolithography. The pattern 41 was formed.

【0104】(工程4)図5(d)に示すように、マス
クパターン41をマスクとして、Taのゲート電極4及
び絶縁層3をCF4ガスを用いてそれぞれドライエッチ
ングし、カソード電極2で停止させ、幅w1が3μmの
円形の孔を形成した。
(Step 4) As shown in FIG. 5D, using the mask pattern 41 as a mask, the Ta gate electrode 4 and the insulating layer 3 are dry-etched using CF 4 gas, respectively, and stopped at the cathode electrode 2. , A circular hole having a width w1 of 3 μm was formed.

【0105】(工程5)続いて図5(e)に示すよう
に、rfスパッタ法によりダイアモンドライクカーボン
の電子放出層5を第1の電極4上に堆積した。成膜方法
としては、13.56MHzの高周波電源を用い、ガス
はArおよびH2の混合ガスで5mTorrとした。パ
ワーは500Wで、基板サセプタ−をフィラメントに対
して30度傾け、基板中心を回転軸にし10秒で1回転
させて10分間成膜を行った。成膜の際に基板にかかる
電圧はおよそ−200Vであり、孔の中心部で65n
m、孔の周辺に行くにしたがって膜厚は薄くなる構成で
成膜した。図10は横軸に膜厚、縦軸に電子放出閾値を
しめす。65nmで最も低閾値となりそこから膜厚が薄
くなるにつれて電子放出の閾値は上昇する。したがっ
て、ある基準電圧A点でみると中央部でのみ電子放出が
起こるように電子放出材料であるα−C:Hを形成する
ことができた。
(Step 5) Subsequently, as shown in FIG. 5E, an electron emission layer 5 of diamond-like carbon was deposited on the first electrode 4 by the rf sputtering method. As a film forming method, a high frequency power supply of 13.56 MHz was used, and the gas was a mixed gas of Ar and H2 at 5 mTorr. The power was 500 W, the substrate susceptor was tilted 30 degrees with respect to the filament, and the substrate was rotated once with the center of the substrate as the axis of rotation for 10 seconds to form a film for 10 minutes. The voltage applied to the substrate during film formation is approximately -200V, and 65n at the center of the hole.
m, the film thickness was reduced toward the periphery of the hole. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the film thickness, and the vertical axis indicates the electron emission threshold value. The threshold value becomes the lowest at 65 nm, and the threshold value for electron emission increases as the film thickness decreases from that. Therefore, the electron emission material α-C: H could be formed so that the electron emission occurs only in the central portion when viewed at a certain reference voltage A point.

【0106】(工程6)図4(f)に示すように、マス
クパターン41を完全に除去し、本実施例の電子放出素
子を完成させた。
(Step 6) As shown in FIG. 4F, the mask pattern 41 was completely removed, and the electron-emitting device of this example was completed.

【0107】以上のようにして作製した電子放出素子
を、図3のようにVaを配置して、駆動した。実際の駆
動電圧は、Vg=20V、Va=10kV、電子放出素
子とアノード12との距離D3を1mmとして、電子源
を形成することができた。ここで、アノード12として
蛍光体を塗布した電極を用い、電子ビームのサイズを観
察した。ここで言う電子ビームサイズとは、発光した蛍
光体のピーク輝度の10%の領域までのサイズとした。
その結果、ビーム径200μmとなり、孔の中の全面が
おなじ放出材料で形成した場合にみられる散乱成分によ
る発光は観察されなかった。
The electron-emitting device manufactured as described above was driven with Va arranged as shown in FIG. The actual drive voltage was Vg = 20 V, Va = 10 kV, and the distance D3 between the electron-emitting device and the anode 12 was 1 mm, so that the electron source could be formed. Here, using an electrode coated with a phosphor as the anode 12, the size of the electron beam was observed. The electron beam size referred to here is the size up to a region of 10% of the peak luminance of the phosphor that has emitted light.
As a result, the beam diameter was 200 μm, and the emission due to the scattering component, which was observed when the entire surface of the hole was formed of the same emitting material, was not observed.

【0108】ここでは、図1に示すように電子放出部を
ほぼ円形の孔で記述しているが特に限定されず,例えば
ライン状に形成しても構わない。この時も同様な効果が
得られ,ビーム径は小さくできた。作成方法はパターニ
ング形状を変えるだけで,全く同様である。ラインパタ
ーンを複数並べることも可能で放出面積は大きくとるこ
とが可能となる。またここでは、電子放出材料がダイア
モンドライクカーボンの例で示したが、ダイアモンド含
め他の材料でもかまわないことはいうまでもない。
Here, as shown in FIG. 1, the electron emission portion is described as a substantially circular hole, but it is not particularly limited and may be formed in a line shape, for example. Similar effects were obtained at this time, and the beam diameter could be reduced. The creation method is exactly the same except that the patterning shape is changed. It is possible to arrange a plurality of line patterns, and a large emission area can be obtained. Although the electron-emitting material is diamond-like carbon in this example, it goes without saying that other materials including diamond may be used.

【0109】[実施例2]実施例2として、電子放出材
料のバンドギャップを面内で変える例について説明す
る。作成方法としては実施例1と図4(e)の電子放出
材料成膜工程以外は同様である。本実施例ではFCVA
(Filtered cathodic vacuum
arc)法によりダイアモンドライクカーボンの電子
放出層5を第1の電極4上に堆積した。成膜方法として
はまず、孔の中に均一におよそ10nmほどバンドギャ
ップが小さいダイアモンドライクカーボンを作成する条
件で成膜した。成膜の際に基板にかかる電圧を−300
Vである。ついで成膜の際に基板にかかる電圧を−10
0Vに設定して、バンドギャップを大きくし、かつ基板
サセプタ−をフィラメントに対して30度傾け、基板中
心を回転軸にし10秒で1回転させてゲート電極をマス
クにして中央部のイオン密度が周縁部に比べて大きくな
るように成膜を行った。周縁部のダイアモンドライクカ
ーボン膜はイオン照射密度が小さいためにバンドギャッ
プは中央部に比べて狭くなる。中央部の縦方向のバンド
図及び膜周縁部の縦方向のバンド図を比較して図11に
示す。(a)は中央部のバンド構造で無電界状態であ
る。Ec,Ef,Evはそれぞれ伝導体、フェルミ準
位、価電子対を示し、Vacは真空準位を表す。(b)
は周辺簿の無電界状態でのバンド図である。(c),
(d)はそれぞれ電圧を加えた状態であり、中央部では
注入から電子放出まで電子障壁が少なく、低閾値で電子
が放出する。一方膜の周縁部では電子放出部でバンドギ
ャップが小さく、真空準位とのエネルギー差が大きいた
め電子放出には大きな電界が必要となり、膜の中央部と
比べて電子放出閾値が高い。したがって、ゲート電極に
一定の電圧を加えると、電子放出膜の中央部からのみ電
子放出がおこる。さらに、中央部と周縁部の明確な境界
はなく、境界部分で電界が強まってしまうようなことも
ない。したがって、孔の側壁の絶縁膜やゲート電極に衝
突して散乱してしまう電子がなくなり、電子は孔の外に
引き出され、その後電子はアノードに引き出されるため
に小さいビーム径を達成できることになる。
[Embodiment 2] As Embodiment 2, an example in which the band gap of the electron-emitting material is changed within the plane will be described. The manufacturing method is the same as that of the first embodiment except the electron-emitting material film forming step of FIG. In this embodiment, FCVA
(Filtered cathodic vacuum
An electron emission layer 5 of diamond-like carbon was deposited on the first electrode 4 by the arc method. As a film forming method, first, a film was formed under the condition that diamond-like carbon having a small band gap of about 10 nm was uniformly formed in the holes. The voltage applied to the substrate during film formation is -300.
V. Then, the voltage applied to the substrate during film formation was set to -10.
The band gap is widened by setting it to 0 V, the substrate susceptor is tilted 30 degrees with respect to the filament, and the substrate center is rotated once for one rotation in 10 seconds. The film was formed so as to be larger than the peripheral portion. Since the ion-like irradiation density of the diamond-like carbon film at the peripheral portion is small, the band gap becomes narrower than that at the central portion. FIG. 11 shows a comparison between a vertical band diagram of the central portion and a vertical band diagram of the film peripheral portion. (A) is a band structure in the central portion and is in an electric field-free state. Ec, Ef, and Ev represent a conductor, a Fermi level, and a valence pair, respectively, and Vac represents a vacuum level. (B)
[Fig. 4] is a band diagram of a peripheral book in a non-electric field state. (C),
Each of (d) shows a state in which a voltage is applied. In the central portion, there are few electron barriers from injection to electron emission, and electrons are emitted at a low threshold value. On the other hand, in the peripheral portion of the film, the band gap is small in the electron emitting portion and the energy difference from the vacuum level is large, so a large electric field is required for electron emission, and the electron emission threshold value is higher than in the central portion of the film. Therefore, when a constant voltage is applied to the gate electrode, electrons are emitted only from the central portion of the electron emission film. Furthermore, there is no clear boundary between the central part and the peripheral part, and the electric field will not be strengthened at the boundary part. Therefore, there are no electrons that collide with the insulating film on the side wall of the hole and the gate electrode and are scattered, the electrons are extracted outside the hole, and the electrons are then extracted to the anode, so that a small beam diameter can be achieved.

【0110】以上のようにして作製した電子放出素子
を、図2のようにVaを配置して、駆動した。実際の駆
動電圧は、Vg=20V、Va=10kV、電子放出素
子とアノード12との距離D3を1mmとして、電子源
を形成することができた。ここで、アノード12として
蛍光体を塗布した電極を用い、電子ビームのサイズを観
察した。ここで言う電子ビームサイズとは、発光した蛍
光体のピーク輝度の10%の領域までのサイズとした。
その結果、ビーム径200μmとなり、孔の中の全面が
おなじ放出材料で形成した場合にみられる散乱成分によ
る発光は観察されなかった。
The electron-emitting device manufactured as described above was driven with Va arranged as shown in FIG. The actual drive voltage was Vg = 20 V, Va = 10 kV, and the distance D3 between the electron-emitting device and the anode 12 was 1 mm, so that the electron source could be formed. Here, using an electrode coated with a phosphor as the anode 12, the size of the electron beam was observed. The electron beam size referred to here is the size up to a region of 10% of the peak luminance of the phosphor that has emitted light.
As a result, the beam diameter was 200 μm, and the emission due to the scattering component, which was observed when the entire surface of the hole was formed of the same emitting material, was not observed.

【0111】ここでは、電子放出部を電子放出材料の中
央部と周縁部でバンド構造が異なる例で説明したが、こ
の方式に限定されるわけではなく、例えば電子注入部の
バンド構造を変えてすなわち放出材料周縁部で電子注入
がしにくい構造である、金属カソードとの電子障壁が大
きいようにバンドギャップの広い構造の電子放出材料を
作成することもできる。このときは電子放出材料表面は
共通であってもかまわなく、電子注入を制御すること
で、やはり孔の中の電子放出材料の中央部からのみ電子
放出が起こるため、上記実施例と同様な効果が得られ
る。さらには、その間の伝導部で電子伝導を抑制するバ
ンド構造である、狭バンドギャップで電子が低い準位に
落ちてしまうような膜を作成することも可能であり、さ
らにはプロセス的に多少複雑になるが、電子放出部、電
子伝導部、電子注入部の複数の部分もしくは全てバンド
構造を変えても良いことはいうまでもなく、同様な効果
が得られる。また面内のバンド構造の違いも連続である
例で示したが特に限定される必要はなく、階段状であっ
ても同様な効果が得られる。
Here, the electron-emitting portion has been described as an example in which the band structure is different between the central portion and the peripheral portion of the electron-emitting material, but the invention is not limited to this method and, for example, the band structure of the electron-injecting portion is changed. That is, it is possible to prepare an electron emitting material having a wide band gap so that the electron barrier is large at the peripheral portion of the emitting material and the electron barrier with the metal cathode is large. At this time, the surface of the electron-emitting material may be common, and by controlling the electron injection, the electron-emission occurs only from the central portion of the electron-emitting material in the hole, so that the same effect as in the above-mentioned embodiment is obtained. Is obtained. In addition, it is possible to create a film that has a band structure that suppresses electron conduction in the conduction part between them, in which electrons fall to a low level with a narrow band gap, and it is somewhat complicated in terms of process. However, it is needless to say that a plurality of portions of the electron emitting portion, the electron conducting portion, the electron injecting portion or all of the band structures may be changed, and similar effects can be obtained. Further, the difference in the in-plane band structure is also shown as an example which is continuous, but it is not particularly limited, and the same effect can be obtained even if it is stepwise.

【0112】[実施例3]実施例3として、縦方向にも
バンド構造を変えた例を示す。ダイアモンドライクカー
ボンの電子放出層5は実施例2と同様にFCVA法によ
り第1の電極4上に50nm程度堆積した。成膜の際に
まずはカソードにかかる電圧を−300Vとして、バン
ドギャップの狭いダイアモンドライクカーボンを形成し
た後,連続的に電圧を下げて、バンドギャップを大きく
して成膜した。このとき基板サセプタ−をフィラメント
に対して30度傾け、基板中心を回転軸にし10秒で1
回転させてゲート電極をマスクにして中央部のイオン密
度が周縁部に比べて大きくなるように成膜を行った。こ
のときの膜の中央部及び周縁部のバンド構造を図12に
示す。中央部は注入から電子放出まで非常にスムーズの
障壁もなく電子を輸送でき電子放出に至る一方で、周縁
部は最後の電子放出のところで、電子障壁が高く、電子
放出の閾値が中央部よりも高くなる。したがって、ゲー
ト電極に一定の電圧を加えると、電子放出膜の中央部か
らのみ電子放出がおこる。さらに、中央部と周縁部の明
確な境界はなく、境界部分で電界が強まってしまうよう
なこともない。したがって、孔の側壁の絶縁膜やゲート
電極に衝突して散乱してしまう電子がなくなり、電子は
孔の外に引き出され、その後電子はアノードに引き出さ
れるために小さいビーム径を達成できることになる。以
上のようにして作製した電子放出素子を、図3のように
配置して、駆動した。駆動電圧は、Vg=18V、Va
=5kV、電子放出素子とアノード12との距離Hを1
mmとした。ここで、アノード12として蛍光体を塗布
した電極を用い、電子ビームのサイズを観察した。ここ
で言う電子ビームサイズとは、発光した蛍光体のピーク
輝度の10%の領域までのサイズとした。その結果、ビ
ーム径180μmとなり,さらにビーム径を小さくする
ことができた。
[Embodiment 3] As Embodiment 3, an example in which the band structure is changed in the vertical direction will be described. The electron emission layer 5 of diamond-like carbon was deposited on the first electrode 4 by about 50 nm by the FCVA method as in the second embodiment. When forming the film, first, the voltage applied to the cathode was set to -300 V to form diamond-like carbon having a narrow band gap, and then the voltage was continuously lowered to increase the band gap to form the film. At this time, the substrate susceptor was tilted at 30 degrees with respect to the filament, and the substrate center was set to the rotation axis, and the
The film was formed by rotating and using the gate electrode as a mask so that the ion density in the central portion was higher than that in the peripheral portion. FIG. 12 shows the band structure of the central portion and the peripheral portion of the film at this time. In the central part, electrons can be transported without any very smooth barrier from injection to electron emission and reach electron emission, while in the peripheral part, the electron barrier is high at the last electron emission, and the electron emission threshold is higher than in the central part. Get higher Therefore, when a constant voltage is applied to the gate electrode, electrons are emitted only from the central portion of the electron emission film. Furthermore, there is no clear boundary between the central part and the peripheral part, and the electric field will not be strengthened at the boundary part. Therefore, there are no electrons that collide with the insulating film on the side wall of the hole and the gate electrode and are scattered, the electrons are extracted outside the hole, and the electrons are then extracted to the anode, so that a small beam diameter can be achieved. The electron-emitting device manufactured as described above was arranged and driven as shown in FIG. Drive voltage is Vg = 18V, Va
= 5 kV, the distance H between the electron-emitting device and the anode 12 is 1
mm. Here, using an electrode coated with a phosphor as the anode 12, the size of the electron beam was observed. The electron beam size referred to here is the size up to a region of 10% of the peak luminance of the phosphor that has emitted light. As a result, the beam diameter was 180 μm, and the beam diameter could be further reduced.

【0113】[実施例4]次に、本発明の第4実施例を
示す。図13(a)は孔構造ではなく、凸構造を有して
おり、その最上部に電子放出膜5が形成されている構成
である。電子放出素子を構成する材質、サイズは、実施
例1に準じw1=3μmとした。ただし、膜厚は、アノ
ード電極2は100nm、絶縁層3は500nm、ゲー
ト電極4は2μmとした。また、電子放出層は、アノー
ド電極上部の全面に配置するのではなくw2なる幅、本
実施例では2μmとした。バンド構造は実施例2で使用
したものを使用した。本実施例では、ゲート電極4は、
絶縁層3を介して下部に存在するが、本発明に適用可能
な電子放出素子の駆動方法と同様に駆動すれば、同様の
効果が得られる。
[Embodiment 4] Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13A shows a structure having a convex structure instead of a hole structure, and the electron emission film 5 is formed on the uppermost part thereof. According to Example 1, the material and size of the electron-emitting device were set to w1 = 3 μm. However, the film thickness of the anode electrode 2 was 100 nm, the insulating layer 3 was 500 nm, and the gate electrode 4 was 2 μm. Further, the electron emission layer is not arranged on the entire surface of the upper part of the anode electrode but has a width of w2, which is 2 μm in this embodiment. The band structure used was that used in Example 2. In this embodiment, the gate electrode 4 is
Although it exists under the insulating layer 3, the same effect can be obtained by driving in the same manner as the electron-emitting device driving method applicable to the present invention.

【0114】[実施例5]実施例1〜4の電子放出素子
で画像形成装置を作製した。一例として、実施例1の素
子で作製した場合について示す。
[Embodiment 5] An image forming apparatus was manufactured using the electron-emitting devices of Embodiments 1 to 4. As an example, a case where the device of Example 1 is used is shown.

【0115】実施例1の素子を320×240のMTX
状に配置した。配線は、図6のようにX側を第2の電極
にY側を第1の電極に接続した。素子は、横200μ
m、縦200μmのピッチで配置した。素子上部には蛍
光体を配置した。この結果、マトリクス駆動が可能で高
精細な画像形成装置が形成できた。
The device of Example 1 was replaced with 320 × 240 MTX.
Arranged in a shape. As for the wiring, as shown in FIG. 6, the X side was connected to the second electrode and the Y side was connected to the first electrode. Element is horizontal 200μ
m, and the pitch was 200 μm in the vertical direction. A phosphor was placed on the top of the device. As a result, it is possible to form a high-definition image forming apparatus that is capable of matrix driving.

【0116】[0116]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子ビーム径が小さく、低電圧で高効率な電子放出を行
うことが可能となり、製造プロセスが容易な電子放出素
子を提供することができるようになる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide an electron-emitting device having a small electron beam diameter, high-efficiency electron emission at a low voltage, and an easy manufacturing process.

【0117】また、このような電子放出素子を電子源や
画像形成装置に適用することで、電子源或いは画像形成
装置の高性能化を図ることができるようになる。
By applying such an electron-emitting device to an electron source or an image forming apparatus, it is possible to improve the performance of the electron source or the image forming apparatus.

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

【図1】本発明に係る電子放出素子の構成を示す断面図
及び平面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view showing the structure of an electron-emitting device according to the present invention.

【図2】本発明に係る電子放出素子の電流電圧特性を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing current-voltage characteristics of the electron-emitting device according to the present invention.

【図3】本発明に係る電子放出素子の電子軌道を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing electron trajectories of an electron-emitting device according to the present invention.

【図4】本発明に係る電子放出素子の製造方法の一例を
示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention.

【図5】本発明に係る電子放出素子を示す平面図であ
る。
FIG. 5 is a plan view showing an electron-emitting device according to the present invention.

【図6】本発明に係る単純マトリクス配置の電子源を示
す概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an electron source having a simple matrix arrangement according to the present invention.

【図7】本発明に係る単純マトリクス配置の電子源を用
いた画像形成装置を示す概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus using an electron source having a simple matrix arrangement according to the present invention.

【図8】本発明に係る画像形成装置における蛍光膜を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a fluorescent film in the image forming apparatus according to the present invention.

【図9】本発明に係る画像形成装置におけるブロック図
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a block diagram in the image forming apparatus according to the present invention.

【図10】本発明に係る電子放出素子の電子放出閾値を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an electron emission threshold of the electron emitting device according to the present invention.

【図11】本発明に係る電子放出素子の電子放出材料の
バンド図を示す図である。
FIG. 11 is a band diagram of an electron emitting material of an electron emitting device according to the present invention.

【図12】本発明に係る電子放出素子の電子放出材料の
バンド図を示す図である。
FIG. 12 is a band diagram of an electron emitting material of an electron emitting device according to the present invention.

【図13】本発明に係る電子放出素子の構成を示す断面
図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of an electron-emitting device according to the present invention.

【図14】従来のSpindt型電子放出素子の一例を
模式的に示した断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing an example of a conventional Spindt type electron-emitting device.

【図15】従来のSpindt型電子放出素子の製造方
法の一例を示した図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example of a method for manufacturing a conventional Spindt-type electron-emitting device.

【図16】従来の収束電極付きSpindt型電子放出
素子の一例を模式的に示した断面図である。
FIG. 16 is a sectional view schematically showing an example of a conventional Spindt-type electron-emitting device with a focusing electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 高電位電極 3 絶縁層 4 低電位電極 5 電子放出素子 6 制御回路 7 アノード 8 高圧電源 51 マイクロチップ 61 等電位面 71 犠牲層 81 マイクロチップ材料 61,81 電子源基板 62 X方向配線 63 Y方向配線 64,84 電子放出素子 65,95 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 86 黒色導電材 85 高圧端子 1301 画像表示パネル 1302 走査回路 1303 制御回路 1304 シフトレジスタ 1305 ラインメモリ 1306 同期信号分離回路 1307 変調信号発生器 1 substrate 2 High potential electrode 3 insulating layers 4 Low potential electrode 5 Electron-emitting device 6 control circuit 7 Anode 8 high voltage power supply 51 microchips 61 equipotential surface 71 Sacrificial layer 81 Microchip material 61,81 electron source substrate 62 X-direction wiring 63 Y direction wiring 64,84 Electron emitting device 65,95 connection 91 Rear plate 92 Support frame 93 glass substrate 94 Fluorescent film 95 metal back 96 face plate 97 Package 86 Black conductive material 85 high voltage terminal 1301 image display panel 1302 scanning circuit 1303 control circuit 1304 shift register 1305 line memory 1306 Sync signal separation circuit 1307 Modulation signal generator

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁性の基板上に形成された第1の導電層
と、 該第1の導電層上に積層形成された絶縁層と、 該絶縁層上に積層形成された第2の導電層と、 該第1の導電層上に前記絶縁層から前記第2の導電層に
亘り貫通形成された貫通孔と、 該貫通孔内における前記第1の導電層上に積層形成され
た電子放出層と、 を備え、 前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に電圧が印
加されることで、前記電子放出層から電子を放出する電
子放出素子であって、 前記電子放出層から放出される電子の放出量は、前記貫
通孔内に臨んで電子を放出する面の周縁部に比し、その
中央部において多いことを特徴とする電子放出素子。
1. A first conductive layer formed on an insulating substrate, an insulating layer laminated on the first conductive layer, and a second conductive layer laminated on the insulating layer. Layer, a through hole formed on the first conductive layer so as to penetrate from the insulating layer to the second conductive layer, and an electron emission layered on the first conductive layer in the through hole. An electron-emitting device that emits electrons from the electron-emitting layer when a voltage is applied between the first conductive layer and the second conductive layer. The electron emission element is characterized in that the amount of electrons emitted from the layer is larger in the central portion of the surface of the through hole than in the peripheral portion of the surface that emits electrons.
【請求項2】前記貫通孔内に臨んで電子を放出する面の
中央部の電子放出閾値が前記周縁部の電子放出閾値より
も低いことを特徴とする請求項1記載の電子放出素子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein an electron-emission threshold value in a central portion of a surface which emits electrons facing the inside of the through hole is lower than an electron-emission threshold value in the peripheral portion.
【請求項3】前記貫通孔内に臨んで電子を放出する面の
中央部と周縁部とではバンド構造が異なることを特徴と
する請求項1又は2記載の電子放出素子。
3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a band structure is different between a central portion and a peripheral portion of a surface which emits electrons facing the inside of the through hole.
【請求項4】前記貫通孔内に臨んで電子を放出する面の
中央部から周縁部に亘りバンド構造が連続的変化してい
ることを特徴とする請求項3記載の電子放出素子。
4. The electron-emitting device according to claim 3, wherein a band structure continuously changes from a central portion of a surface of the through hole which emits electrons to a peripheral portion thereof.
【請求項5】前記貫通孔内に臨んで電子を放出する面の
中央部から周縁部に亘りバンド構造が階段状に変化して
いることを特徴とする請求項3記載の電子放出素子。
5. The electron-emitting device according to claim 3, wherein the band structure is changed stepwise from the central portion of the surface which emits electrons facing the inside of the through hole to the peripheral portion.
【請求項6】前記貫通孔内に臨んで電子を放出する面の
中央部の仕事関数が前記周縁部の仕事関数よりも小さい
ことを特徴とする請求項1〜5のうち何れか1項に記載
の電子放出素子。
6. The work function of a central portion of a surface, which faces the inside of the through hole and emits electrons, is smaller than a work function of the peripheral portion. The electron-emitting device described.
【請求項7】前記貫通孔内に臨んで電子を放出する面の
中央部のバンドギャップが、前記電子放出層の周縁部の
バンドギャップよりも広いことを特徴とする請求項1〜
6のうち何れか1項に記載の電子放出素子。
7. A band gap in a central portion of a surface which emits electrons facing the inside of the through hole is wider than a band gap in a peripheral portion of the electron emitting layer.
6. The electron-emitting device according to any one of 6.
【請求項8】前記電子放出層の前記第1の導電層と接す
る部分における電子障壁は、前記貫通孔内に臨んで電子
を放出する面の周縁部に比し、前記中央部で低いことを
特徴とする請求項1〜7のうち何れか1項に記載の電子
放出素子。
8. The electron barrier in a portion of the electron emission layer that is in contact with the first conductive layer is lower in the central portion than in the peripheral portion of the surface that faces the inside of the through hole and emits electrons. The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 7, which is characterized in that.
【請求項9】前記電子放出層の層厚方向にバンド構造が
変化していることを特徴とする請求項1〜8のうち何れ
か1項に記載の電子放出素子。
9. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a band structure is changed in a thickness direction of the electron-emitting layer.
【請求項10】前記電子放出材料は炭素を主成分とする
ことを特徴とする請求項1〜9のうち何れか1項に記載
の電子放出素子。
10. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting material contains carbon as a main component.
【請求項11】前記電子放出材料はダイアモンド及びダ
イアモンドライクカーボンの少なくとも一方を含むこと
を特徴とする請求項10記載の電子放出素子。
11. The electron-emitting device according to claim 10, wherein the electron-emitting material contains at least one of diamond and diamond-like carbon.
【請求項12】請求項1〜11のうち何れか1項に記載
の電子放出素子を複数個配置して形成されることを特徴
とする電子源。
12. An electron source formed by arranging a plurality of electron-emitting devices according to any one of claims 1 to 11.
【請求項13】複数の前記電子放出素子をマトリクス配
線して形成されることを特徴とする請求項12記載の電
子源。
13. The electron source according to claim 12, wherein the electron emitters are formed by matrix wiring.
【請求項14】請求項12又は13記載の電子源と、該
電子源から放出された電子によって画像を形成する画像
形成部材とを備えることを特徴とする画像形成装置。
14. An image forming apparatus comprising: the electron source according to claim 12 or 13; and an image forming member that forms an image by electrons emitted from the electron source.
【請求項15】前記画像形成部材は、電子の衝突によっ
て発光する蛍光体であることを特徴とする請求項14に
記載の画像形成装置。
15. The image forming apparatus according to claim 14, wherein the image forming member is a phosphor that emits light by collision of electrons.
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