JP2002093308A - Electron emission device, electron source, image forming apparatus, and manufacturing method of electron emission element - Google Patents

Electron emission device, electron source, image forming apparatus, and manufacturing method of electron emission element

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JP2002093308A
JP2002093308A JP2000280354A JP2000280354A JP2002093308A JP 2002093308 A JP2002093308 A JP 2002093308A JP 2000280354 A JP2000280354 A JP 2000280354A JP 2000280354 A JP2000280354 A JP 2000280354A JP 2002093308 A JP2002093308 A JP 2002093308A
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electron
insulating layer
emitting device
layer
electrode
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Kazuji Nomura
和司 野村
Yoshiyuki Osada
芳幸 長田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emission device and an electron source forming an electric field by which, a good electron emission is performed, to provide an image forming apparatus with highly defined and uniform displaying property, and to provide a manufacturing method of the electron emission device which makes the production easy. SOLUTION: As an emitted electron travels perpendicular to an equipotential surface 6, the electron emitted from an electron emission file 5 travels perpendicular to the surface of the electron emission film 5, and the proportion of collision of emitted electron at a side wall of a minute hole is reduced, and the diameter of electron beam becomes small when the emitted electron reaches an anode electrode 8.

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、こ
れを用いた電子源、画像形成装置、及び電子放出素子の
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source using the same, an image forming apparatus, and a method for manufacturing an electron-emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電子放出素子としては、大別し
て、熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の2種類のも
のが知られている。冷陰極電子放出素子には、電界放出
型(以下、「FE型」という。)、金属/絶縁層/金属
型(以下、「MIM型」という。)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-emitting devices, a thermionic electron-emitting device and a cold cathode electron-emitting device, are known. The cold cathode electron emitting device includes a field emission type (hereinafter, referred to as “FE type”), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter, referred to as “MIM type”), a surface conduction type electron emitting device, and the like.

【0003】FE型の電子放出素子の中には、特開平8
−96703号公報や、特開平8−96704号公報
や、特開平8−115654号公報等に開示されている
ホール型のものが知られている。
Some FE type electron-emitting devices are disclosed in
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. -96703, 8-96704, 8-115654 and the like are known.

【0004】また、絶縁層が複数の層から成る構成の例
としては、特開平6−162919号公報、特開平6−
333496号公報に開示されたものが知られている。
[0004] Examples of a configuration in which the insulating layer is composed of a plurality of layers are disclosed in JP-A-6-162919 and JP-A-6-162919.
The one disclosed in JP-A-333496 is known.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の電子放出素子を
ディスプレイ装置等の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、ディスプレイ装置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く、且つ、電子放出
特性が均一であることが必要である。そして、低電圧で
駆動でき、製造し易いことが重要である。
In order to apply the above-mentioned electron-emitting device to an image forming apparatus such as a display device, it is necessary to provide an emission current for causing the phosphor to emit light with sufficient luminance.
Further, in order to increase the definition of the display device, it is necessary that the diameter of the electron beam irradiated on the phosphor is small and the electron emission characteristics are uniform. It is important that the device can be driven at a low voltage and is easy to manufacture.

【0006】しかしながら、上記の電子放出素子では、
次のような問題があった。
However, in the above-mentioned electron-emitting device,
There were the following problems.

【0007】FE型電子放出素子のホール型の例とし
て、特開平8−96704号公報等に示されている例を
図17に示す。
FIG. 17 shows an example of a hole type FE-type electron-emitting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-96704.

【0008】この例は、基板171上にカソード電極1
72とゲート電極174が絶縁層173を介して積層さ
れ、ゲート電極174及び絶縁層173をそれぞれ貫通
する微小孔が形成されており、この微小孔内の底面に電
子放出膜175が設けられている電子放出素子である。
In this example, a cathode electrode 1 is provided on a substrate 171.
The gate electrode 174 and the gate electrode 174 are stacked with an insulating layer 173 interposed therebetween, and minute holes penetrating the gate electrode 174 and the insulating layer 173 are formed, and the electron emission film 175 is provided on the bottom surface in the minute holes. An electron-emitting device.

【0009】この電子放出素子は、ゲート電極174に
カソード電極172よりも高い電圧を加えることによっ
て、電子放出膜175から電子を放出させる。
This electron emission element emits electrons from the electron emission film 175 by applying a higher voltage to the gate electrode 174 than to the cathode electrode 172.

【0010】しかし、この時、微小孔内に形成される等
電位面は、電子放出膜175の厚さに依存して中央部分
が上に突出する凸型となり、電子放出膜175の表面の
内、微小孔の側壁付近に最も強い電界がかかっている。
However, at this time, the equipotential surface formed in the minute hole has a convex shape whose central portion protrudes upward depending on the thickness of the electron emission film 175, and the inside of the surface of the electron emission film 175 The strongest electric field is applied near the side walls of the micro holes.

【0011】このため、電子は、電子放出膜175の表
面の内、微小孔の側壁付近から主に放出される。そし
て、微小孔内の等電位面が中央部分が突出する凸型とな
っているため、多数の電子が微小孔の側壁に衝突してし
まう。この結果、電子が絶縁層173に入射し、チャー
ジアップによる放電等の問題が生じてしまうおそれがあ
る。
For this reason, electrons are mainly emitted from the vicinity of the side wall of the microhole in the surface of the electron emission film 175. Further, since the equipotential surface in the micropore has a convex shape in which the central portion protrudes, many electrons collide with the side wall of the micropore. As a result, electrons may enter the insulating layer 173, causing a problem such as discharge due to charge-up.

【0012】また、放出電子もこのような電界の影響を
受けて外側へ広がりながら進むため、蛍光体に照射され
る電子ビームの径が大きくなってしまう。
In addition, the emitted electrons also spread while spreading outward under the influence of such an electric field, so that the diameter of the electron beam applied to the phosphor increases.

【0013】一方、FE型電子放出素子で、絶縁層が複
数の層から成る構成を取っている例として、特開平6−
162919号公報に示されている例を図18に示す。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No.
FIG. 18 shows an example disclosed in Japanese Patent No. 162919.

【0014】この例は、導電性基板181上に錐状に立
上がったエミッタ185を有し、誘電率の異なる多層に
形成された絶縁層182,183がエミッタ185の周
囲を取り囲んで形成され、絶縁層183の上にゲート電
極184が積層されている構成となっており、且つ、導
電性基板181に近い絶縁層182の誘電率が他の絶縁
層(絶縁層183等)よりも小さく設定されている。
This example has an emitter 185 rising in a conical shape on a conductive substrate 181, and insulating layers 182 and 183 formed in multiple layers having different dielectric constants are formed so as to surround the periphery of the emitter 185. The gate electrode 184 is stacked over the insulating layer 183, and the dielectric constant of the insulating layer 182 close to the conductive substrate 181 is set to be smaller than that of another insulating layer (such as the insulating layer 183). ing.

【0015】この例では、誘電率の異なる複数の絶縁層
182,183を積層し、且つ、導電性基板181に近
い絶縁層182の誘電率が他の絶縁層183よりも小さ
いため、エミッタ185の先端付近にかかる電界強度
が、一種類の絶縁層だけで構成された電子放出素子の場
合と比較して大きくなり、同一放出電流を得るために必
要なゲート電圧が低くて済む。
In this example, a plurality of insulating layers 182 and 183 having different dielectric constants are stacked, and the dielectric constant of the insulating layer 182 close to the conductive substrate 181 is smaller than that of the other insulating layers 183. The electric field intensity applied to the vicinity of the tip is larger than that of an electron-emitting device composed of only one kind of insulating layer, and the gate voltage required to obtain the same emission current can be reduced.

【0016】また、FE型電子放出素子で、絶縁層が複
数の層から成る構成を取っている他の例として、特開平
6−333496号公報に示されている例を図19に示
す。
FIG. 19 shows another example of the FE-type electron-emitting device in which the insulating layer is composed of a plurality of layers as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-333496.

【0017】この例は、絶縁基板191上に絶縁基板1
91を保護するためのAl23層196とベース電極で
ある下部Cr層192を積層し、その上の一部に、エッ
ジ部を有する長尺状の陰極層であるMo層195が形成
されており、絶縁層193a,193b,193cを介
して、下部Cr層192上に積層されている制御電極で
ある上部Cr層194が、Mo層195に対してサブミ
クロンオーダーの間隔を隔てて、Mo層195のエッジ
部と同程度の高さに形成されている構成となっている。
In this example, the insulating substrate 1 is placed on the insulating substrate 191.
An Al 2 O 3 layer 196 for protecting 91 and a lower Cr layer 192 as a base electrode are laminated, and a Mo layer 195 as a long cathode layer having an edge portion is formed on a part of the layer. The upper Cr layer 194 which is a control electrode laminated on the lower Cr layer 192 via the insulating layers 193a, 193b and 193c is spaced apart from the Mo layer 195 by a sub-micron order. The structure is such that it is formed at the same height as the edge of the layer 195.

【0018】この例では、加熱時に熱応力によってCr
層192,194にクラックが発生するのを抑えるため
に、絶縁層193a,193cとしてAl23層を採用
し、絶縁層部分をAl23層、SiO2層、Al23
の順に積層した3層構成としている。
In this example, the thermal stress during heating causes Cr
In order to suppress the occurrence of cracks in the layers 192 and 194, an Al 2 O 3 layer is employed as the insulating layers 193a and 193c, and the insulating layer portion is formed of an Al 2 O 3 layer, a SiO 2 layer, and an Al 2 O 3 layer. It has a three-layer structure in which layers are sequentially stacked.

【0019】これらの電子放出素子は、ゲート電極18
4や上部Cr層194に導電性基板181や下部Cr層
192よりも高い電圧を加えることによって、エミッタ
185先端やMo層195のエッジ部から電子を放出さ
せる。
These electron-emitting devices include a gate electrode 18
By applying a voltage higher than that of the conductive substrate 181 or the lower Cr layer 192 to the upper layer 4 or the upper Cr layer 194, electrons are emitted from the tip of the emitter 185 or the edge of the Mo layer 195.

【0020】しかし、この時、エミッタ185先端やM
o層195のエッジ部とゲート電極184,194間に
は最も強い電界がかかっている。
However, at this time, the tip of the emitter 185 and the M
The strongest electric field is applied between the edge of the o-layer 195 and the gate electrodes 184, 194.

【0021】このため、多数の電子がゲート電極184
や上部Cr層194の側壁に衝突してしまう。この結
果、放出電子数の減少等の問題が生じてしまうおそれが
ある。
Therefore, a large number of electrons are transferred to the gate electrode 184.
Or the side wall of the upper Cr layer 194. As a result, a problem such as a decrease in the number of emitted electrons may occur.

【0022】また、放出電子もこのような電界の影響を
受けて外側へ広がりながら進むため、蛍光体に照射され
る電子ビームの径が大きくなってしまう。
In addition, the emitted electrons also propagate while spreading outward under the influence of such an electric field, so that the diameter of the electron beam applied to the phosphor increases.

【0023】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、電子
放出を良好に行う電界を形成する高性能な電子放出素子
及び電子源、さらには高精細で均一な表示特性を有する
画像形成装置、そして容易に作製可能とする電子放出素
子の製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a high-performance electron-emitting device and an electron source for forming an electric field for satisfactorily emitting electrons, and a further object. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus having high definition and uniform display characteristics, and a method of manufacturing an electron-emitting device which can be easily manufactured.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子放出素子にあっては、第1電極及び該第
1電極上に絶縁層を介在して積層される第2電極と、前
記第2電極及び前記絶縁層を貫通した孔の底面に設けら
れた電子放出部と、を備えた電子放出素子であって、前
記絶縁層は複数の層から構成され、該複数の層のうち前
記第1電極側の層の誘電率が、前記第2電極側の層の誘
電率よりも大きいことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an electron-emitting device comprising: a first electrode and a second electrode laminated on the first electrode with an insulating layer interposed therebetween; An electron emission portion provided on a bottom surface of a hole penetrating the second electrode and the insulation layer, wherein the insulation layer is composed of a plurality of layers. Preferably, the dielectric constant of the layer on the first electrode side is higher than the dielectric constant of the layer on the second electrode side.

【0025】前記電子放出部の表面は、前記第1電極側
に配置された誘電率の大きい層とその上に積層された層
との界面よりも前記第1電極側に設けられたことが好適
である。
It is preferable that the surface of the electron emitting portion is provided on the first electrode side with respect to an interface between a layer having a large dielectric constant disposed on the first electrode side and a layer laminated thereon. It is.

【0026】前記絶縁層を構成する複数の層は、連続的
に誘電率が変化する多層構造であることが好適である。
It is preferable that the plurality of layers constituting the insulating layer have a multilayer structure in which the dielectric constant changes continuously.

【0027】絶縁性の基板上のカソード電極及び絶縁層
を介在した前記カソード電極上のゲート電極と、前記ゲ
ート電極及び前記絶縁層を貫通して形成された孔の底面
に設けられた電子放出膜と、を備えた電子放出素子であ
って、前記絶縁層を、前記カソード電極側に誘電率の大
きい層を有する多重に誘電率の異なる層を積み重ねた積
層構造に設けたことを特徴とする。
A cathode electrode on the insulating substrate and a gate electrode on the cathode electrode with an insulating layer interposed therebetween; and an electron emission film provided on the bottom surface of a hole formed through the gate electrode and the insulating layer. Wherein the insulating layer is provided in a multilayer structure in which multiple layers having different dielectric constants are stacked on the cathode electrode side.

【0028】前記電子放出膜の表面は、前記絶縁層の前
記カソード電極側の誘電率の大きい層とその上に積み重
ねた層との界面よりも前記カソード電極側に設けられた
ことが好適である。
It is preferable that the surface of the electron emission film is provided on the cathode electrode side with respect to an interface between a layer having a large dielectric constant on the cathode electrode side of the insulating layer and a layer stacked thereon. .

【0029】前記絶縁層は、3層以上の積層構造である
と共に、前記カソード電極側から前記ゲート電極側に向
かう程、各層の誘電率が小さくなることが好適である。
It is preferable that the insulating layer has a laminated structure of three or more layers, and that the dielectric constant of each layer decreases from the cathode electrode side toward the gate electrode side.

【0030】前記絶縁層は、3層以上の積層構造である
と共に、最も前記カソード電極側の層及び最も前記ゲー
ト電極側の層の誘電率はその間の層の誘電率よりも大き
いことが好適である。
Preferably, the insulating layer has a laminated structure of three or more layers, and the dielectric constant of the layer closest to the cathode electrode and the dielectric layer of the layer closest to the gate electrode are preferably higher than the dielectric constant of a layer between them. is there.

【0031】前記絶縁層は、連続的に誘電率が変化する
多層構造であることが好適である。
It is preferable that the insulating layer has a multilayer structure in which the dielectric constant changes continuously.

【0032】前記絶縁層は、誘電率の異なる2種以上の
絶縁材料を混成して形成されたことが好適である。
Preferably, the insulating layer is formed by mixing two or more insulating materials having different dielectric constants.

【0033】前記絶縁層の誘電率が、前記カソード電極
側から前記ゲート電極側に向かう程小さくなる場合に、
前記電子放出膜の表面は、前記絶縁層の全ての誘電率の
平均値以上の領域となる前記カソード側に設けられたこ
とが好適である。
When the dielectric constant of the insulating layer decreases from the cathode electrode side toward the gate electrode side,
It is preferable that the surface of the electron emission film is provided on the cathode side which is a region that is equal to or more than the average value of all the dielectric constants of the insulating layer.

【0034】前記孔は、多角形、スリット形状、円形、
円形の一部、楕円形、及び楕円形の一部のいずれか一種
の形状をなすことが好適である。
The hole has a polygonal shape, a slit shape, a circular shape,
It is preferable to form any one of a part of a circle, an ellipse, and a part of an ellipse.

【0035】前記電子放出膜は、ダイヤモンドライクカ
ーボン又はダイヤモンドを含有することが好適である。
It is preferable that the electron emission film contains diamond-like carbon or diamond.

【0036】前記孔は、前記カソード電極の一部も掘り
込んで形成されることが好適である。
It is preferable that the hole is formed by dug a part of the cathode electrode.

【0037】本発明の電子源にあっては、上記の電子放
出素子を複数個並列に配置し、結線してなる前記電子放
出素子の列を少なくとも1列以上有してなることを特徴
とする。
The electron source according to the present invention is characterized in that a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged in parallel and at least one row of the electron-emitting devices is connected. .

【0038】上記の電子放出素子を複数個配列してなる
前記電子放出素子の列を少なくとも1列以上有し、前記
電子放出素子を駆動する低電位用供給用配線と高電位供
給用配線がマトリクス配置されていることを特徴とす
る。
At least one or more rows of the above-mentioned electron-emitting devices each including a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged, and a low-potential supply line and a high-potential supply line for driving the electron-emitting devices are arranged in a matrix. It is characterized by being arranged.

【0039】本発明の画像形成装置にあっては、上記の
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、情報信号により前記
電子源の各電子放出素子の電子量を制御することを特徴
とする。
An image forming apparatus according to the present invention includes the above-mentioned electron source and an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source, and each electron of the electron source is transmitted by an information signal. The amount of electrons of the emission element is controlled.

【0040】前記画像形成部材は、蛍光体であることが
好適である。
Preferably, the image forming member is a phosphor.

【0041】本発明の電子放出素子の製造方法にあって
は、絶縁性の基板上に、カソード電極、該カソード電極
側に誘電率の大きい層を有する多重に誘電率の異なる層
を積み重ねた積層構造に設けられた絶縁層、及びゲート
電極を順次積み重ねて形成する工程と、前記ゲート電極
及び前記絶縁層を貫通して孔を形成する工程と、前記孔
の底面に、電子放出膜を形成する工程と、を備えたこと
を特徴とする。
In the method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, a multi-layer structure in which a cathode electrode and a layer having a large dielectric constant are provided on the side of the cathode electrode and having different dielectric constants is stacked on an insulating substrate. A step of sequentially stacking and forming an insulating layer and a gate electrode provided in the structure, a step of forming a hole through the gate electrode and the insulating layer, and forming an electron emission film on the bottom surface of the hole And a step.

【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。
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions of the components described in this embodiment,
The materials, shapes, relative arrangements, and the like are not intended to limit the scope of the present invention only to them unless otherwise specified.

【0043】まず、本発明の電子放出素子の主要構成及
び効果について説明する。
First, the main structure and effects of the electron-emitting device of the present invention will be described.

【0044】本発明の電子放出素子は、基板上に第1電
極としてのカソード電極と第2電極としてのゲート電極
が絶縁層を介して積層され、ゲート電極及び絶縁層をそ
れぞれ貫通する微小孔が形成されており、この微小孔内
の底面に電子放出部としての電子放出膜が設けられてい
る電子放出素子であって、カソード電極とゲート電極の
間にある絶縁層が、誘電率の異なる少なくとも二層以上
の絶縁層から構成されており、かつ、二層以上の絶縁層
の内、最もカソード電極側の層の誘電率がその上に積層
されている層の誘電率よりも大きいことを特徴とする構
成である。
In the electron-emitting device of the present invention, a cathode electrode as a first electrode and a gate electrode as a second electrode are laminated on a substrate via an insulating layer, and minute holes penetrating the gate electrode and the insulating layer are formed. An electron-emitting device in which an electron-emitting film as an electron-emitting portion is provided on the bottom surface in the minute hole, wherein the insulating layer between the cathode electrode and the gate electrode has at least a different dielectric constant. It is composed of two or more insulating layers, and among the two or more insulating layers, the dielectric constant of the layer closest to the cathode electrode is larger than the dielectric constant of the layer laminated thereon. The configuration is as follows.

【0045】上記した本発明の電子放出素子の構成で
は、電子放出膜の表面付近の等電位面が、特開平8−9
6704号公報等の従来例に比べて下側に凹むように、
電子放出膜の表面と平行又は中央部分が凹む凹型に形成
されるため、放出電子は電子放出膜の表面にほぼ垂直に
進行していくため、電子放出膜から放出された電子が微
小孔側壁に衝突する割合を軽減することができ、さら
に、アノード(蛍光体)に到達した時の電子ビームの径
を小さくすることができ、本発明の電子放出素子を応用
したディスプレイ装置等の画像形成装置の高精細化が可
能となる。
In the above-described structure of the electron-emitting device of the present invention, the equipotential surface near the surface of the electron-emitting film is formed as described in JP-A-8-9 / 1996.
As recessed below the conventional example such as 6704,
Since the electron emission film is formed in a concave shape in which the parallel or central part is depressed, the emitted electrons travel almost perpendicular to the surface of the electron emission film. The rate of collision can be reduced, and the diameter of the electron beam when the electron beam reaches the anode (phosphor) can be reduced. High definition becomes possible.

【0046】また、本発明の電子放出素子は、単純な積
層構造で形成されるため、製造し易く、さらに、構造を
制御し易いため、各電子放出素子での電子放出特性も均
一にすることができる。
Further, since the electron-emitting device of the present invention is formed in a simple laminated structure, it is easy to manufacture, and since the structure is easy to control, the electron-emitting characteristics of each electron-emitting device should be uniform. Can be.

【0047】本発明の電子放出素子は、ゲート電極を変
調電極としており、アノードに高電圧をかけることがで
きるため、放出電子は、蛍光体を発光させるのに十分な
エネルギーを持って蛍光体に衝突するため、蛍光体で十
分な輝度を得ることができる。
Since the electron-emitting device of the present invention uses the gate electrode as a modulation electrode and can apply a high voltage to the anode, the emitted electrons have sufficient energy to cause the phosphor to emit light. Because of the collision, sufficient luminance can be obtained with the phosphor.

【0048】また、本発明の電子放出素子は、絶縁層の
厚さを薄くしたり、電子放出膜に仕事関数の小さい材料
を選ぶ等によって、ゲート電極とカソード電極間に印加
する電圧を低減しても電子放出ができ、素子を低電圧で
駆動することができる。
In the electron-emitting device according to the present invention, the voltage applied between the gate electrode and the cathode electrode is reduced by reducing the thickness of the insulating layer or selecting a material having a small work function for the electron-emitting film. However, electrons can be emitted, and the element can be driven at a low voltage.

【0049】次に、本発明の電子放出素子の具体的な実
施の形態について説明する。
Next, specific embodiments of the electron-emitting device of the present invention will be described.

【0050】図2は本実施の形態に係る電子放出素子を
示す概略平面図であり、図1は本実施の形態に係る電子
放出素子を示す図2におけるA−A’線での概略断面図
である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing the electron-emitting device according to the present embodiment, and FIG. 1 is a schematic cross-sectional view taken along line AA 'in FIG. 2 showing the electron-emitting device according to the present embodiment. It is.

【0051】1は基板、2は基板1上に積層されるカソ
ード電極、3a及び3bはカソード電極2上に積層され
る絶縁層、4は絶縁層3b上に積層されるゲート電極、
5はゲート電極4及び絶縁層3a,3bをそれぞれ貫通
する微小孔内の底面に設けられる電子放出膜、W1は微
小孔の開口径である。また、カソード電極2側の絶縁層
3aの誘電率は、その上に積層されている絶縁層3bの
誘電率よりも大きい。
1 is a substrate, 2 is a cathode electrode laminated on the substrate 1, 3a and 3b are insulating layers laminated on the cathode electrode 2, 4 is a gate electrode laminated on the insulating layer 3b,
Reference numeral 5 denotes an electron emission film provided on the bottom surface of the microhole penetrating the gate electrode 4 and the insulating layers 3a and 3b, respectively, and W1 denotes an opening diameter of the microhole. The dielectric constant of the insulating layer 3a on the cathode electrode 2 side is higher than the dielectric constant of the insulating layer 3b laminated thereon.

【0052】絶縁層3a,3bの厚さは、その材料や誘
電率、駆動する時の電圧、必要とする放出電子の電子ビ
ームの形状等により適宜設定され、絶縁層3aと絶縁層
3bの界面が、電子放出膜5の表面よりもゲート電極4
側にあるように設定される。即ち、絶縁層3a及び電子
放出膜5は共に基板1上に形成されるが、絶縁層3aの
厚さが電子放出膜5の厚さよりも厚く設定される。
The thickness of the insulating layers 3a and 3b is appropriately set according to the material, the dielectric constant, the driving voltage, the required shape of the electron beam of the emitted electrons, and the like, and the interface between the insulating layers 3a and 3b is determined. Is smaller than the surface of the electron emission film 5 by the gate electrode 4.
Set to be on the side. That is, the insulating layer 3a and the electron emission film 5 are both formed on the substrate 1, and the thickness of the insulation layer 3a is set to be larger than the thickness of the electron emission film 5.

【0053】また、絶縁層3aの厚さは、絶縁層3a,
3bの誘電率の比率差によって、その最適厚さは異なる
が、カソード電極2とゲート電極4との間の厚さ(絶縁
層3a,3bを合わせたカソード電極2とゲート電極4
間の全厚さ)の20〜80%程度が好ましい。
The thickness of the insulating layer 3a is
Although the optimum thickness differs depending on the ratio of the dielectric constant of the cathode 3b, the thickness between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 (the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 including the insulating layers 3a and 3b together).
About 20 to 80% of the total thickness between them).

【0054】微小孔の開口径W1は、電子放出素子を構
成する材料や誘電率、電子放出膜5の材料の仕事関数と
カソード電極2とゲート電極4間の駆動電圧、必要とす
る放出電子の電子ビームの形状により適宜設定される。
通常、数十nmから数十μm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 opening diameter W1 of the microhole is determined by the material and dielectric constant of the electron-emitting device, the work function of the material of the electron-emitting film 5, the driving voltage between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4, and the required emission electrons. It is set appropriately according to the shape of the electron beam.
Usually, it is set in the range of several tens nm to several tens of μm, and preferably selected in the range of several hundred nm to several μm.

【0055】図3は、本実施の形態に係る電子放出素子
の動作時に形成される微小孔内の電界を示す概略断面図
である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an electric field in a minute hole formed during operation of the electron-emitting device according to the present embodiment.

【0056】6は、電子放出膜5付近に形成される等電
位面である。この時、ゲート電極4にはカソード電極2
よりも高い電圧を印加している状態である。
Reference numeral 6 denotes an equipotential surface formed near the electron emission film 5. At this time, the cathode electrode 2 is
In this state, a higher voltage is applied.

【0057】一般の等電位面の形状は、印加電圧の大き
さ及び素子を形成している各材料の厚さや幅により決定
される。本実施の形態の電子放出素子では、誘電率の異
なる絶縁層3a,3bを複数積層し、さらに、最もカソ
ード電極2側の絶縁層3aの誘電率をその上に積層する
絶縁層3bの誘電率よりも大きく設計している。
The shape of the general equipotential surface is determined by the magnitude of the applied voltage and the thickness and width of each material forming the element. In the electron-emitting device of the present embodiment, a plurality of insulating layers 3a and 3b having different dielectric constants are laminated, and the dielectric constant of the insulating layer 3a closest to the cathode electrode 2 is set to the dielectric constant of the insulating layer 3b laminated thereon. Designed larger than.

【0058】このため、絶縁層3a内部での等電位面6
の間隔は、絶縁層3b内部での等電位面の間隔よりも広
くなる。
Therefore, the equipotential surface 6 inside the insulating layer 3a is
Is wider than the interval between the equipotential surfaces inside the insulating layer 3b.

【0059】そして、微小孔内におけるこれらの絶縁層
3a,3bの積層厚さ領域において、絶縁層3b内部を
通っている等電位面が絶縁層3a内部を通っている等電
位面を電子放出膜5方向に押し込む格好となり、結果と
して、絶縁層が単層である場合には微小孔内で上に膨ら
む凸型となっていた等電位面6が、微小孔内で下に押し
下げられて電子放出膜5の表面に平行又は中央部分が凹
んだ凹型となる。
Then, in the laminated thickness region of these insulating layers 3a and 3b in the micropore, the equipotential surface passing through the inside of the insulating layer 3b is connected to the electron emitting film by the equipotential surface passing through the inside of the insulating layer 3a. As a result, when the insulating layer is a single layer, the convex equipotential surface 6 which bulges upward in the micropore is pushed down in the micropore to emit electrons. A concave shape in which a portion parallel or central to the surface of the film 5 is recessed.

【0060】図4は、本実施の形態に係る電子放出素子
を動作させる時の構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example when operating the electron-emitting device according to the present embodiment.

【0061】8は、放出電子を到達させるアノードとし
てのアノード電極である。Vaはカソード電極2とアノ
ード電極8との電位差、Vbはカソード電極2とゲート
電極4との電位差、D1はゲート電極4とアノード電極
8との距離である。
Reference numeral 8 denotes an anode electrode serving as an anode for allowing emitted electrons to reach. Va is a potential difference between the cathode electrode 2 and the anode electrode 8, Vb is a potential difference between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4, and D1 is a distance between the gate electrode 4 and the anode electrode 8.

【0062】電位差Vbによって形成された電界によっ
て電子放出膜5から放出された電子は、電位差Vaによ
ってアノード電極8に引きつけられる。
The electrons emitted from the electron emission film 5 by the electric field formed by the potential difference Vb are attracted to the anode electrode 8 by the potential difference Va.

【0063】この時、電位差Vbによって微小孔内に形
成された電界は、図3に示すように、絶縁層3a,3b
の積層厚さ領域において、等電位面が微小孔内で下に押
し下げられて電子放出膜5の表面に平行又は中央部分が
凹んだ凹型となっている。
At this time, the electric field formed in the minute hole due to the potential difference Vb is, as shown in FIG.
In the laminated thickness region, the equipotential surface is pushed down in the micropores, so that the equipotential surface is parallel to the surface of the electron emission film 5 or has a concave shape in which the central portion is depressed.

【0064】したがって、電子は図3に示す等電位面6
に略垂直に進むことから、電子放出膜5から放出された
電子は電子放出膜5の表面に略垂直に進み、放出電子が
微小孔の側壁に衝突する割合が軽減される。また、放出
電子がアノード電極8に到達した時の電子の電子ビーム
径が小さくなる。
Therefore, the electrons are transferred to the equipotential surface 6 shown in FIG.
The electrons emitted from the electron-emitting film 5 travel substantially perpendicularly to the surface of the electron-emitting film 5, and the ratio of the emitted electrons colliding with the side wall of the microhole is reduced. Further, the electron beam diameter of the electrons when the emitted electrons reach the anode electrode 8 is reduced.

【0065】ここで、素子を形成している各材料の厚
さ、幅、及び絶縁層の誘電率は、素子の使用用途により
好適な値を任意に選択することができる。
Here, the thickness, width, and dielectric constant of the insulating layer of each material forming the element can be arbitrarily selected to be suitable values according to the intended use of the element.

【0066】なお、本実施の形態のように、電子放出膜
5の表面が絶縁層3a,3bの界面よりもカソード電極
2側にあることで、上記素子の電界の等電位面6が電子
放出膜5の表面に平行又は中央部分が凹んだ凹型となっ
ている効果を十分に得ることができる。
Since the surface of the electron emitting film 5 is closer to the cathode electrode 2 than the interface between the insulating layers 3a and 3b as in the present embodiment, the equipotential surface 6 of the electric field of the above-described device emits electrons. It is possible to sufficiently obtain the effect of forming a concave shape in which the central portion is concave or parallel to the surface of the film 5.

【0067】これは、図3に示すように、絶縁層3bの
積層厚さの中間領域では、等電位面6は絶縁層3b内の
等電位面と略平行となり、その上の絶縁層3bの積層厚
さのゲート電極4側領域では、等電位面6は中央部分が
多少突出する凸型となるからである。
This is because, as shown in FIG. 3, in an intermediate region of the laminated thickness of the insulating layer 3b, the equipotential surface 6 is substantially parallel to the equipotential surface in the insulating layer 3b, and This is because the equipotential surface 6 has a convex shape in which the central portion slightly protrudes in the gate electrode 4 side region having a laminated thickness.

【0068】即ち、電子放出膜5の表面は、よりカソー
ド電極2側に設けられることが好適である。
That is, it is preferable that the surface of the electron emission film 5 be provided further on the cathode electrode 2 side.

【0069】以上述べた本実施の形態の電子放出素子に
ついて、好ましい製造方法を詳述する。図5は本実施の
形態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。
A preferred manufacturing method of the above-described electron-emitting device of the present embodiment will be described in detail. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the present embodiment.

【0070】まず、図5(a)に示すように、基板1上
に、カソード電極2、絶縁層3a,3b、及びゲート電
極4を順に積層する。
First, as shown in FIG. 5A, a cathode electrode 2, insulating layers 3a and 3b, and a gate electrode 4 are sequentially stacked on a substrate 1.

【0071】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
積層した積層体、アルミナ等のセラミックスの絶縁性基
板の内、いずれか一つを基板1として用い、基板1上に
カソード電極2を積層する。
A quartz glass whose surface has been sufficiently cleaned in advance, a glass having a reduced content of impurities such as Na, a soda lime glass, a laminate obtained by laminating SiO 2 on a silicon substrate or the like by sputtering or the like, a ceramic such as alumina One of the insulating substrates is used as the substrate 1 and the cathode electrode 2 is laminated on the substrate 1.

【0072】カソード電極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、フ
ォトリソグラフィ技術により形成される。
The cathode electrode 2 generally has conductivity, and is formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method or a sputtering method, or a photolithography technique.

【0073】カソード電極2の材料は、例えば、Be、
Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、
Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等の金属又
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
材料等から適宜選択される。
The material of the cathode electrode 2 is, for example, Be,
Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W,
Metal or alloy material such as Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, TiC, ZrC, HfC, TaC, Si
Carbides such as C and WC, HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 , C
borides such as eB 6 , YB 4 , GdB 4 , TiN, ZrN,
The material is appropriately selected from nitrides such as HfN, semiconductors such as Si and Ge, and organic polymer materials.

【0074】カソード電極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 thickness of the cathode electrode 2 is several tens of nm.
To a few mm, preferably in the range of several hundred nm to several μm.

【0075】次に、カソード電極2に続いて絶縁層3
a,3bを堆積する。
Next, following the cathode electrode 2, the insulating layer 3
a and 3b are deposited.

【0076】絶縁層3a,3bは、スパッタ法、CVD
(Chemical VaporDepositio
n)法、蒸着法等の一般的な真空成膜技術により形成さ
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。
The insulating layers 3a and 3b are formed by sputtering or CVD.
(Chemical Vapor Deposition
n) It is formed by a general vacuum film forming technique such as a method and a vapor deposition method, and its thickness is set in a range of several nm to several μm, and is preferably selected from a range of several tens nm to several hundred nm. You.

【0077】絶縁層3a,3bに用いられる望ましい材
料としては、SiO2、SiN、Al23、Ta25
CaF等の高電界に耐えられる耐圧の高い材料が望まし
く、絶縁層3aの誘電率が絶縁層3bの誘電率よりも高
くなるように材料は選択される。また、絶縁層3aの誘
電率と絶縁層3bの誘電率との比率差が大きい程好まし
い。
Desirable materials used for the insulating layers 3a and 3b include SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 ,
A material having a high withstand voltage that can withstand a high electric field such as CaF is desirable, and the material is selected such that the dielectric constant of the insulating layer 3a is higher than the dielectric constant of the insulating layer 3b. Further, it is preferable that the ratio difference between the dielectric constant of the insulating layer 3a and the dielectric constant of the insulating layer 3b is larger.

【0078】さらに、絶縁層3a,3bに続き、ゲート
電極4を堆積する。
Further, a gate electrode 4 is deposited following the insulating layers 3a and 3b.

【0079】ゲート電極4は、カソード電極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技術により形成され
る。
The gate electrode 4 has conductivity similarly to the cathode electrode 2, and is formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method or a sputtering method, or a photolithography technique.

【0080】ゲート電極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等の金属又は
合金材料、TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、
WC等の炭化物、HfB2、ZrB2、LaB6、Ce
6、YB4、GdB4等の硼化物、TiN、ZrN、H
fN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。
The material of the gate electrode 4 is, for example, Be, M
g, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, A
l, metal or alloy material such as Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC,
Carbide such as WC, HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 , Ce
Borides such as B 6 , YB 4 and GdB 4 , TiN, ZrN, H
It is appropriately selected from nitrides such as fN, semiconductors such as Si and Ge, and organic polymer materials.

【0081】ゲート電極4の厚さとしては、数nmから
数十μmの範囲で設定され、好ましくは数十nmから数
μmの範囲で選択される。
The thickness of the gate electrode 4 is set in the range of several nm to several tens of μm, and is preferably selected in the range of several tens of nm to several μm.

【0082】なお、カソード電極2及びゲート電極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 cathode electrode 2 and the gate electrode 4
May be the same material or different materials, and may be the same forming method or different methods.

【0083】次に、図5(b)に示すように、ゲート電
極4上に、フォトリソグラフィ技術によってマスクパタ
ーン7を形成する。マスクパターン7は、次工程で微小
孔を形成するためにエッチングされる部分を除いて形成
される。
Next, as shown in FIG. 5B, a mask pattern 7 is formed on the gate electrode 4 by a photolithography technique. The mask pattern 7 is formed except for a portion to be etched in order to form a fine hole in the next step.

【0084】そして、図5(c)に示すように、絶縁層
3a,3b及びゲート電極4を貫通する微小孔を形成す
る。
Then, as shown in FIG. 5C, a minute hole penetrating the insulating layers 3a and 3b and the gate electrode 4 is formed.

【0085】ただし、微小孔の形成はエッチングによっ
て行われるが、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の一部もエッチン
グしても良い。エッチング工程では、エッチング対象で
ある絶縁層3a,3b及びゲート電極4の材料に応じて
エッチング方法を選択すれば良い。
However, the formation of the fine holes is performed by etching, but this etching step may be stopped on the cathode electrode 2 or a part of the cathode electrode 2 may be etched. In the etching step, an etching method may be selected according to the materials of the insulating layers 3a and 3b and the gate electrode 4 to be etched.

【0086】続いて、図5(d)に示すように、電子放
出膜5を堆積する。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, an electron emission film 5 is deposited.

【0087】電子放出膜5は蒸着法、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技術により形成
される。
The electron emission film 5 is formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method and a sputtering method, and a photolithography technique.

【0088】電子放出膜5の材料は、例えば、グラファ
イト、フラーレン、カーボンナノチューブ、ダイヤモン
ドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭
素化合物等から適宜選択される。好ましくは仕事関数の
低いダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン等
が良い。
The material of the electron emission film 5 is appropriately selected from, for example, graphite, fullerene, carbon nanotube, diamond-like carbon, carbon in which diamond is dispersed, and a carbon compound. Preferably, a diamond thin film, diamond-like carbon, or the like having a low work function is used.

【0089】電子放出膜5の膜厚としては、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、電子放出膜5の表面が、絶縁層3
aと絶縁層3bとの界面よりもカソード電極2側である
ように設定される。
The thickness of the electron emission film 5 is set in the range of several nm to several μm, preferably several nm to several hundred n.
m, and the surface of the electron emission film 5 is
It is set to be closer to the cathode electrode 2 than the interface between the a and the insulating layer 3b.

【0090】最後に、図5(e)に示すように、マスク
パターン7を剥離して電子放出素子が完成する。
Finally, as shown in FIG. 5E, the mask pattern 7 is peeled off to complete the electron-emitting device.

【0091】なお、ここまで例として説明してきた図1
に示す本実施の形態に係る電子放出素子は、カソード電
極2とゲート電極4間に介在する絶縁層として、誘電率
の異なる絶縁層3a,3bを二層積層した構成となって
いる。
FIG. 1 described so far as an example
The electron-emitting device according to the present embodiment shown in FIG. 1 has a configuration in which two insulating layers 3a and 3b having different dielectric constants are stacked as an insulating layer interposed between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4.

【0092】しかし、カソード電極2とゲート電極4間
に介在する絶縁層として、誘電率の異なる絶縁層が3層
以上の複数層から構成された積層構造でも良いし、絶縁
層として誘電率が連続的に変化する材料を用いても良
い。
However, the insulating layer interposed between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 may have a laminated structure composed of a plurality of three or more insulating layers having different dielectric constants. It is also possible to use a material that changes dynamically.

【0093】また、図2に示すように本実施の形態に係
る電子放出素子の微小孔の開口形状は円形であるが、多
角形、スリット形状、円形、円形の一部、楕円形、及び
楕円形の一部のいずれか一種の形状をなしていれば良
い。
Further, as shown in FIG. 2, the aperture shape of the fine hole of the electron-emitting device according to the present embodiment is circular, but it is polygonal, slit-shaped, circular, part of circular, elliptical, and elliptical. It is only necessary to form any one of the shapes.

【0094】本実施の形態に係る電子放出素子を適用し
た応用例について以下に述べる。本実施の形態に係る電
子放出素子は、その複数個を基体上に配列することによ
って、例えば電子源又は画像形成装置を構成することが
できる。
An application example using the electron-emitting device according to this embodiment will be described below. By arranging a plurality of the electron-emitting devices according to the present embodiment on a substrate, for example, an electron source or an image forming apparatus can be configured.

【0095】図6を用いて、本実施の形態に係る電子放
出素子を複数配列して得られる電子源について説明す
る。
An electron source obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0096】61は電子源基体、62はX方向配線、6
3はY方向配線、64は本発明の電子放出素子、65は
結線である。
Reference numeral 61 denotes an electron source base; 62, an X-direction wiring;
Reference numeral 3 denotes a Y-direction wiring, 64 denotes an electron-emitting device of the present invention, and 65 denotes a connection.

【0097】X方向配線62は、Dx1、Dx2、…D
xmのm本の配線から成り、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形成するこ
とができる。Y方向配線63は、Dy1、Dy2、…D
ynのn本の配線から成り、X方向配線62と同様に形
成される。
The X-direction wiring 62 includes Dx1, Dx2,.
It is composed of xm wirings, and can be formed of a conductive metal or the like formed by a vacuum evaporation method, a printing method, a sputtering method, or the like. The Y-direction wiring 63 includes Dy1, Dy2,.
It is composed of n wirings yn and is formed in the same manner as the X-directional wiring 62.

【0098】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。また、配線の材
料、膜厚、幅は適宜設計される。ここで、m及びnは共
に正の整数である。
An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-directional wirings 62 and the n Y-directional wirings 63 to electrically separate them. The material, thickness and width of the wiring are appropriately designed. Here, m and n are both positive integers.

【0099】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。不図示の層間絶縁層は、例えば、X方向配線6
2を形成した基体61の全面或いはその一部に所望の形
状で形成され、特にX方向配線62とY方向配線63と
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. The interlayer insulating layer (not shown) includes, for example, an X-direction wiring 6.
2 is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the substrate 61 on which the substrate 2 is formed. Is set. X direction wiring 62 and Y direction wiring 63
Are drawn out as external terminals.

【0100】そして、前述の本実施の形態に係る電子放
出素子64を構成する一対の電極層(不図示(カソード
電極2及びゲート電極4である))は、m本のX方向配
線62及びn本のY方向配線63と導電性金属等から成
る結線65によって電気的に接続されている。
A pair of electrode layers (not shown (the cathode electrode 2 and the gate electrode 4)) constituting the above-described electron-emitting device 64 according to the present embodiment are composed of m X-directional wirings 62 and n wirings. The Y-direction wiring 63 is electrically connected to a connection 65 made of a conductive metal or the like.

【0101】X方向配線62、Y方向配線63、結線6
5、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
異なっていても良い。
X direction wiring 62, Y direction wiring 63, connection 6
5 and a material constituting the pair of device electrodes may have some or all of the constituent elements which are the same or different.

【0102】これらの材料は、例えば、前述の電子放出
素子64の素子電極であるカソード電極2及びゲート電
極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。また、素子電極
を配線電極として用いることもできる。
These materials are appropriately selected from, for example, the materials of the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 which are the device electrodes of the electron-emitting device 64 described above. When the material forming the element electrode is the same as the wiring material, the wiring connected to the element electrode can also be called an element electrode. Further, the device electrode can be used as a wiring electrode.

【0103】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64に印
加される駆動電圧は、当該電子放出素子64に印加され
る走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
The X-direction wiring 62 is connected to 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. On the other hand, Y
The direction wiring 63 has electron emitting elements 64 arranged in the Y direction.
(Not shown) for modulating each of the columns according to the input signal. The drive voltage applied to each electron-emitting device 64 is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the electron-emitting device 64.

【0104】上記構成の電子源においては、単純なマト
リクス配線を用いて、個別の電子放出素子64を選択
し、独立に駆動可能とすることができる。
In the electron source having the above configuration, individual electron-emitting devices 64 can be selected and driven independently by using a simple matrix wiring.

【0105】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。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。
An image forming apparatus configured using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus.

【0106】61は電子放出素子を複数配した電子源基
体、71は電子源基体61を固定したリアプレート、7
6はガラス基体73の内面に画像形成部材である蛍光体
としての蛍光膜74とメタルバック75等が形成された
フェースプレートである。
Reference numeral 61 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged; 71, a rear plate on which the electron source substrate 61 is fixed;
Reference numeral 6 denotes a face plate in which a fluorescent film 74 as a fluorescent material serving as an image forming member, a metal back 75, and the like are formed on the inner surface of a glass substrate 73.

【0107】72は支持枠であり、支持枠72でリアプ
レート71とフェースプレート76がフリットガラス等
を用いて接続されている。
A support frame 72 connects the rear plate 71 and the face plate 76 using frit glass or the like.

【0108】77は外囲器であり、例えば、大気中ある
いは窒素中で、400〜500℃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。外囲器77
は、上述した通り、フェースプレート76、支持枠7
2、リアプレート71で構成される。
Reference numeral 77 denotes an envelope, for example, which is fired in air or nitrogen at a temperature in the range of 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more to be sealed. Envelope 77
As described above, the face plate 76 and the support frame 7
2. It is composed of a rear plate 71.

【0109】なお、リアプレート71は主に基体61の
強度を補強する目的で設けられるため、基体61自体で
十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート71は不
要とすることができる。即ち、基体61に直接支持枠7
2を封着し、フェースプレート76、支持枠72及び基
体61で外囲器77を構成してもよ良い。
Since the rear plate 71 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the base 61, if the base 61 itself has sufficient strength, the separate rear plate 71 can be omitted. That is, the support frame 7 is directly attached to the base 61.
2, the envelope 77 may be constituted by the face plate 76, the support frame 72, and the base 61.

【0110】一方、フェースプレート76とリアプレー
ト71間に、スペーサ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77を構成することも出来る。
On the other hand, by providing a support (not shown) called a spacer between the face plate 76 and the rear plate 71, the envelope 77 having sufficient strength against atmospheric pressure can be formed. .

【0111】なお、本実施の形態に係る電子放出素子を
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64上部に蛍光体(蛍光膜74)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, a phosphor (fluorescent film 74) is aligned above the electron-emitting device 64 in consideration of the emitted electron trajectory. .

【0112】図8は、本表示パネルに使用した蛍光膜7
4を示す模式図である。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光
体82の配列により図8(a)に示すブラックストライ
プ又は図8(b)に示すブラックマトリクスと呼ばれる
黒色導電材81と蛍光体82とから蛍光膜74を構成し
た。
FIG. 8 shows the fluorescent film 7 used in this display panel.
FIG. In the case of a color fluorescent film, the fluorescent film 74 is composed of a black conductive material 81 called a black stripe shown in FIG. 8A or a black matrix shown in FIG. did.

【0113】以上のような画像形成装置は、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
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 as described above can be used as a display device for a television broadcast, a display device such as a video conference system or a computer, or an image forming device as an optical printer using a photosensitive drum or the like. Can also be used.

【0114】[0114]

【実施例】以下、本実施の形態についての実施例を詳細
に説明する。
EXAMPLES Examples of the present embodiment will be described below in detail.

【0115】(第1の実施例)図1、図2、図4、図
5、図9、及び図10を用いて本実施例に係る電子放出
素子を説明する。
(Embodiment 1) An electron-emitting device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, 4, 5, 9, and 10. FIG.

【0116】以下に、図5を用いて本実施例の電子放出
素子の製造工程を詳細に説明する。
Hereinafter, the manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment will be described in detail with reference to FIG.

【0117】(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、基板1上に、カソード電極2として厚さ5
00nmのTaを積層した。
(Step 1) First, as shown in FIG. 5 (a), the substrate 1 is made of quartz and sufficiently washed, and then the cathode electrode 2 having a thickness of 5 is formed on the substrate 1 by sputtering.
00 nm of Ta was laminated.

【0118】次にCVD法で、Ta(OC255とO2
を供給し、基板温度を550℃にして、絶縁層3aとし
て厚さ0〜450nmのTa25を積層した。
Next, Ta (OC 2 H 5 ) 5 and O 2
Was supplied, the substrate temperature was set to 550 ° C., and Ta 2 O 5 having a thickness of 0 to 450 nm was laminated as the insulating layer 3a.

【0119】この後、UV/O3(Ultra−Vio
let/Ozone)アニール処理をした。
Thereafter, UV / O 3 (Ultra-Vio)
(let / Ozone) annealing treatment.

【0120】続いて、スパッタ法により、絶縁層3bと
して厚さ50〜500nmのSiO 2、ゲート電極4と
して厚さ100nmのTaをこの順で堆積した。
Subsequently, the insulating layer 3b is formed by sputtering.
SiO with a thickness of 50 to 500 nm Two, Gate electrode 4 and
Then, Ta having a thickness of 100 nm was deposited in this order.

【0121】(工程2)次に、図5(b)に示すよう
に、ゲート電極4上に、フォトリソグラフィで、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、現
像し、マスクパターン7を形成した。
(Step 2) Next, as shown in FIG. 5B, spin coating of a positive type photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant) and exposure of a photomask pattern on the gate electrode 4 by photolithography. Then, development was performed to form a mask pattern 7.

【0122】マスクパターン7は、次工程で微小孔を形
成するためにドライエッチングされる部分を除いて形成
される。
The mask pattern 7 is formed except for a portion to be dry-etched in order to form a fine hole in the next step.

【0123】(工程3)そして、図5(c)に示すよう
に、マスクパターン7をマスクとして、CF4ガスを用
いて、絶縁層3a,3b及びゲート電極4をドライエッ
チングし、カソード電極2でエッチングを停止させ、絶
縁層3a,3b及びゲート電極4を貫通する微小孔を形
成した。
(Step 3) Then, as shown in FIG. 5C, the insulating layers 3a and 3b and the gate electrode 4 are dry-etched using the mask pattern 7 as a mask and CF 4 gas to form a cathode electrode 2 Then, the etching was stopped, and fine holes penetrating the insulating layers 3a and 3b and the gate electrode 4 were formed.

【0124】本実施例では、微小孔の開口形状は円形
で、図2に示すその開口径W1は0.5μmとした。
In the present embodiment, the opening shape of the fine hole was circular, and the opening diameter W1 shown in FIG. 2 was 0.5 μm.

【0125】(工程4)続いて、CVD法により、図5
(d)に示すように、電子放出膜5としてダイヤモンド
ライクカーボン膜を微小孔の底面に100nm堆積し
た。反応ガスはCH4とH2の混合ガスを用いた。
(Step 4) Subsequently, FIG.
As shown in (d), a diamond-like carbon film as the electron emission film 5 was deposited to a thickness of 100 nm on the bottom surface of the fine hole. As a reaction gas, a mixed gas of CH 4 and H 2 was used.

【0126】(工程5)最後に、マスクとして用いたマ
スクパターン7を完全に除去し、図5(e)に示すよう
な本実施例の電子放出素子を完成させた。
(Step 5) Finally, the mask pattern 7 used as a mask was completely removed to complete the electron-emitting device of this embodiment as shown in FIG. 5 (e).

【0127】以上のようにして作製した電子放出素子を
図4に示すように配置して電子を放出させた。
The electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. 4 to emit electrons.

【0128】ここで、8はアノード電極であり、Vaは
カソード電極2とアノード電極8との電位差、Vbはカ
ソード電極2とゲート電極4との電位差、D1はゲート
電極4とアノード電極8との距離である。
Here, 8 is an anode electrode, Va is a potential difference between the cathode electrode 2 and the anode electrode 8, Vb is a potential difference between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4, and D1 is a potential difference between the gate electrode 4 and the anode electrode 8. Distance.

【0129】電位差Vbによって形成された電界によっ
て電子放出膜5から放出された電子は、電位差Vaによ
ってアノード電極8に引きつけられる。
Electrons emitted from the electron emission film 5 by the electric field formed by the potential difference Vb are attracted to the anode electrode 8 by the potential difference Va.

【0130】本実施例では、Va=5kV、D1=1m
mとした。アノード電極8として蛍光体を塗布した電極
を用い、電子ビーム径を観察した。ここでいう電子ビー
ム径とは、発光した蛍光体のピーク輝度の10%の領域
までのサイズである。
In this embodiment, Va = 5 kV, D1 = 1 m
m. Using an electrode coated with a phosphor as the anode electrode 8, the electron beam diameter was observed. Here, the electron beam diameter is a size up to a region of 10% of the peak luminance of the emitted phosphor.

【0131】また、Ta25の比誘電率は25程度であ
り、SiO2の比誘電率は3.9程度である。
The relative permittivity of Ta 2 O 5 is about 25, and the relative permittivity of SiO 2 is about 3.9.

【0132】図9は、絶縁層3aとしてのTa25の積
層厚さに対する動作時の電子ビーム径を示すグラフであ
る。
FIG. 9 is a graph showing the electron beam diameter during operation with respect to the stack thickness of Ta 2 O 5 as the insulating layer 3a.

【0133】本実施例では、Ta25の積層厚さとし
て、50nmおきに0〜450nmとしており、図9に
おいては、絶縁層全体の厚さに対する、Ta25の積層
率を横軸にしている。例えば、Ta25の積層厚さが0
nmの場合はTa25積層率を0%、Ta25の積層厚
さが450nmの場合はTa25積層率を90%として
いる。
[0133] In this embodiment, a laminate thickness of Ta 2 O 5, 50 nm intervals and a 0~450nm, in FIG. 9, to the thickness of the entire insulating layer, the horizontal axis laminate rate of Ta 2 O 5 I have to. For example, when the stack thickness of Ta 2 O 5 is 0,
For nm 0% of Ta 2 O 5 stacked rate, if the laminated thickness of the Ta 2 O 5 is 450nm is set to 90% of Ta 2 O 5 stacked rate.

【0134】また、図9においては、Ta25の積層厚
さを0nm、つまり、絶縁層として絶縁層3bとしての
SiO2単層とした時の電子ビーム径を100として、
Ta25の各積層厚さに対する電子ビーム径をプロット
している。
In FIG. 9, the thickness of the Ta 2 O 5 layer is 0 nm, that is, the electron beam diameter is 100 when the SiO 2 single layer is used as the insulating layer 3b as the insulating layer.
The electron beam diameter is plotted with respect to each layer thickness of Ta 2 O 5 .

【0135】この図9に示す結果から、本実施例に示す
電子放出素子の微小孔の開口径、微小孔のホール深さ、
電子放出膜5の膜厚等の構造パラメータでは、電子ビー
ム径を小さくするために、絶縁層3aとしてのTa25
積層率を40〜70%程度に設計することが望ましい。
From the results shown in FIG. 9, the opening diameter of the fine holes, the hole depth of the fine holes,
With structural parameters such as the film thickness of the electron emission film 5, Ta 2 O 5 as the insulating layer 3a is used to reduce the electron beam diameter.
It is desirable to design the lamination rate to be about 40 to 70%.

【0136】図10は、絶縁層3aとしてのTa25
積層厚さに対する動作時のゲート電流率を示すグラフで
ある。
FIG. 10 is a graph showing the gate current ratio during operation with respect to the stack thickness of Ta 2 O 5 as the insulating layer 3a.

【0137】ここでいうゲート電流とは、電子放出時に
ゲート電極4とカソード電極2間に流れる電流であり、
ゲート電流率とは、Ta25の積層厚さを0nm、つま
り、絶縁層としてSiO2単層とした時のゲート電流を
100とした時のゲート電流である。横軸のTa25
層率は、上述した図9の場合と同様である。
The gate current here is a current flowing between the gate electrode 4 and the cathode electrode 2 at the time of electron emission.
The gate current ratio is a gate current when the laminated thickness of Ta 2 O 5 is 0 nm, that is, when the gate current when the insulating layer is a single layer of SiO 2 is 100. The Ta 2 O 5 stacking ratio on the horizontal axis is the same as in the case of FIG. 9 described above.

【0138】ゲート電流が大きければ大きいほど、電子
放出膜5から放出された電子がゲート電極4に衝突して
いると考えられ、従って、カソード電極2とゲート電極
4間にある絶縁層3a,3bにも放出電子が衝突してい
ると考えられる。
It is considered that the larger the gate current is, the more electrons emitted from the electron emission film 5 collide with the gate electrode 4. Therefore, the insulating layers 3 a and 3 b between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 are considered. It is considered that the emitted electrons are also colliding.

【0139】このゲート電流が流れてしまうと、消費電
力の増大を招き、また、放出された電子が絶縁層3a,
3bに衝突してしまうと、絶縁層3a,3bのチャージ
アップによる放電等の問題が生じてしまうおそれがあ
る。
When the gate current flows, power consumption is increased, and the emitted electrons are generated by the insulating layers 3a, 3a.
If it collides with 3b, problems such as discharge due to charge-up of the insulating layers 3a and 3b may occur.

【0140】この図10に示す結果から、本実施例に示
す電子放出素子の微小孔の開口径、微小孔のホール深
さ、電子放出膜5の膜厚等の構造パラメータでは、微小
孔の側壁への放出電子の衝突を軽減するためには、絶縁
層3aとしてのTa25積層率を30〜70%程度に設
計することが望ましい。
From the results shown in FIG. 10, the structural parameters such as the opening diameter of the fine hole, the hole depth of the fine hole, and the film thickness of the electron emitting film 5 of the electron-emitting device shown in this embodiment indicate that In order to reduce the collision of the emitted electrons to the substrate, it is desirable to design the Ta 2 O 5 lamination ratio as the insulating layer 3a to about 30 to 70%.

【0141】したがって、電子ビーム径を小さくし、且
つ、微小孔側壁への電子の衝突を軽減するためには、T
25積層率を40〜70%程度に設計することが望ま
しい。
Therefore, in order to reduce the diameter of the electron beam and to reduce the collision of the electrons with the side walls of the fine holes, the T
It is desirable to design the a 2 O 5 stacked rate of about 40% to 70%.

【0142】(第2の実施例)図1、図2、図4、図1
1、及び図12を用いて本実施例に係る電子放出素子を
説明する。
(Second Embodiment) FIGS. 1, 2, 4, and 1
An electron-emitting device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0143】本実施例では、絶縁層3aにSiNを、絶
縁層3bにSiO2を用いた例を示し、絶縁層3aと絶
縁層3bの誘電率の比率差が大きい方が好ましいことを
示す。ここでは、本実施例の特徴部分のみを説明し、重
複する説明は省略する。
In this embodiment, an example in which SiN is used for the insulating layer 3a and SiO 2 is used for the insulating layer 3b indicates that it is preferable that the difference between the dielectric constants of the insulating layer 3a and the insulating layer 3b is large. Here, only the characteristic portions of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.

【0144】第1の実施例と同様に基板1上にカソード
電極2を積層した後、スパッタ法により、絶縁層3aと
して厚さ0〜450nmのSiN、絶縁層3bとして厚
さ50〜500nmのSiO2、ゲート電極4として厚
さ100nmのTaをこの順で堆積した。
After laminating the cathode electrode 2 on the substrate 1 in the same manner as in the first embodiment, SiN having a thickness of 0 to 450 nm is formed as the insulating layer 3a and SiO having a thickness of 50 to 500 nm as the insulating layer 3b by sputtering. 2. As the gate electrode 4, Ta having a thickness of 100 nm was deposited in this order.

【0145】続いて、第1の実施例と同様にマスクパタ
ーン7を形成し、ゲート電極4及び絶縁層3b,3a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でエッチングを停止させ、開口径W1=0.
5μmの開口を形成した。
Subsequently, a mask pattern 7 is formed in the same manner as in the first embodiment, the gate electrode 4 and the insulating layers 3b and 3a are dry-etched using CF 4 gas, respectively, and the etching is stopped at the cathode electrode 2. , Opening diameter W1 = 0.
An opening of 5 μm was formed.

【0146】以下の製造工程は第1の実施例と同様であ
るので省略する。
The following manufacturing steps are the same as in the first embodiment, and will not be described.

【0147】以上のようにして作製した電子放出素子を
図4に示すものと同様の構成において、Va=5kV、
Vb=10V、D1=1mmで駆動し、電子放出させ
た。
The electron-emitting device manufactured as described above has the same structure as that shown in FIG.
The device was driven at Vb = 10 V and D1 = 1 mm to emit electrons.

【0148】ここで、SiNの比誘電率は7程度であ
り、SiO2の比誘電率は3.9程度である。
Here, the relative permittivity of SiN is about 7, and the relative permittivity of SiO 2 is about 3.9.

【0149】図11は、絶縁層3aとしてのSiNの積
層厚さに対する動作時の電子ビーム径を示すグラフであ
る。
FIG. 11 is a graph showing the electron beam diameter during operation with respect to the thickness of SiN as the insulating layer 3a.

【0150】本実施例では、SiNの積層厚さとして、
50nmおきに0〜450nmとしており、図11にお
いては、絶縁層全体の厚さに対する、SiNの積層率を
横軸にしている。
In the present embodiment, the stack thickness of SiN is
It is 0 to 450 nm every 50 nm. In FIG. 11, the abscissa represents the stacking ratio of SiN with respect to the entire thickness of the insulating layer.

【0151】ここでいう積層率は、第1の実施例で記述
したものと同じである。
The lamination ratio here is the same as that described in the first embodiment.

【0152】また、図11においては、SiNの積層厚
さを0nm、つまり、絶縁層として絶縁層3bとしての
SiO2単層とした時の電子ビーム径を100として、
SiNの各積層厚さに対する電子ビーム径をプロットし
ている。
In FIG. 11, the electron beam diameter when the laminated thickness of SiN is 0 nm, that is, when the insulating layer 3b is a single SiO 2 layer as the insulating layer, is 100, and
The electron beam diameter is plotted for each layer thickness of SiN.

【0153】この図11に示す結果から、本実施例に示
す電子放出素子の微小孔の開口径、微小孔のホール深
さ、電子放出膜5の膜厚等の構造パラメータでは、電子
ビーム径を小さくするためには、絶縁層3aとしてのS
iN積層率を30〜60%程度に設計することが望まし
い。
From the results shown in FIG. 11, the electron beam diameter is determined by the structural parameters such as the opening diameter of the fine holes, the hole depth of the fine holes, and the film thickness of the electron emitting film 5 of the electron-emitting device shown in this embodiment. In order to reduce the size, S as the insulating layer 3a
It is desirable to design the iN lamination ratio to about 30 to 60%.

【0154】図12は、絶縁層3aとしてのSiNの積
層厚さに対する動作時のゲート電流率を示すグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph showing the gate current rate during operation with respect to the thickness of SiN as the insulating layer 3a.

【0155】ここでいうゲート電流率は、第1の実施例
で記述したものと同じである。
The gate current ratio here is the same as that described in the first embodiment.

【0156】この図12に示す結果から、本実施例に示
す電子放出素子の微小孔の開口径、微小孔のホール深
さ、電子放出膜5の膜厚等の構造パラメータでは、微小
孔側壁への放出電子の衝突を軽減するためには、絶縁層
3aとしてのSiN積層率を21〜60%程度に設計す
ることが望ましい。
From the results shown in FIG. 12, the structural parameters such as the opening diameter of the micro holes, the hole depth of the micro holes, and the film thickness of the electron emitting film 5 of the electron-emitting device shown in this embodiment indicate that In order to reduce the collision of emitted electrons, it is desirable to design the SiN stacking ratio as the insulating layer 3a to be about 21 to 60%.

【0157】したがって、電子ビーム径を小さくし、且
つ、微小孔側壁への電子の衝突を軽減するためには、S
iN積層率を30〜60%程度に設計することが望まし
い。
Therefore, in order to reduce the diameter of the electron beam and to reduce the collision of the electrons with the side walls of the fine holes, it is necessary to use S
It is desirable to design the iN lamination ratio to about 30 to 60%.

【0158】本実施例の電子放出素子は、第1の実施例
と比較すると、電子ビーム径及びゲート電流率があまり
向上していない。このため、絶縁層3aと絶縁層3bの
比誘電率の比率差が大きい方が効果的である。つまり、
絶縁層3aと絶縁層3bの誘電率の比率差が大きければ
大きい程より好ましい。
In the electron-emitting device of this embodiment, the electron beam diameter and the gate current ratio are not so much improved as compared with the first embodiment. Therefore, it is more effective that the difference in the relative permittivity between the insulating layer 3a and the insulating layer 3b is large. That is,
The larger the difference between the dielectric constants of the insulating layers 3a and 3b, the more preferable.

【0159】(第3の実施例)図4及び図13を用いて
本実施例に係る電子放出素子を説明する。
(Embodiment 3) An electron-emitting device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0160】本実施例では、カソード電極2とゲート電
極4間に介在する絶縁層を3層構造とし、この絶縁層に
おいて誘電率の高い絶縁体でそれよりも誘電率の低い絶
縁体を挟んだ場合に、第1の実施例と同様に、電子ビー
ム径の縮小と、微小孔側壁への電子の衝突の軽減の効果
が得られる例を示す。ここでは、本実施例の特徴部分の
みを説明し、重複する説明は省略する。
In this embodiment, the insulating layer interposed between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 has a three-layer structure, and an insulator having a higher permittivity is sandwiched between insulators having a lower permittivity. In this case, as in the first embodiment, an example in which the effect of reducing the electron beam diameter and the effect of reducing the collision of electrons with the side wall of the microhole is obtained. Here, only the characteristic portions of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.

【0161】第1の実施例と同様に基板1上にカソード
電極2を積層した後、絶縁層3aとして厚さ250nm
のTa25、絶縁層3bとして厚さ150nmのSiO
2、絶縁層3cとして厚さ100nmのTa25をこの
順に積層し、その上にゲート電極4を積層した。
After laminating the cathode electrode 2 on the substrate 1 in the same manner as in the first embodiment, a 250 nm thick insulating layer 3a is formed.
Ta 2 O 5 , 150 nm thick SiO 2 as the insulating layer 3b
2. As the insulating layer 3c, Ta 2 O 5 having a thickness of 100 nm was laminated in this order, and the gate electrode 4 was laminated thereon.

【0162】続いて、第1の実施例と同様にマスクパタ
ーン7を形成し、ゲート電極4及び絶縁層3c,3b,
3a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でエッチングを停止させ、開口径W
1=0.5μmの微小孔を形成した。
Subsequently, a mask pattern 7 is formed in the same manner as in the first embodiment, and the gate electrode 4 and the insulating layers 3c, 3b,
3a is dry-etched using CF 4 gas, the etching is stopped at the cathode electrode 2, and the opening diameter W
Micropores of 1 = 0.5 μm were formed.

【0163】以下の製造工程は第1の実施例と同様であ
るので省略する。
The following manufacturing steps are the same as in the first embodiment, and will not be described.

【0164】以上のようにして作製した電子放出素子を
図4に示すものと同様の構成において、Va=5kV、
Vb=10V、D1=1mmで駆動し、電子放出させ
た。
The electron-emitting device manufactured as described above has a structure similar to that shown in FIG.
The device was driven at Vb = 10 V and D1 = 1 mm to emit electrons.

【0165】すると、絶縁層としてSiO2を単層積層
した場合に比べ、電子ビーム径が25%程度、ゲート電
流率が10%程度となった。
As a result, the electron beam diameter was about 25% and the gate current ratio was about 10%, as compared with the case where a single layer of SiO 2 was laminated as the insulating layer.

【0166】(第4の実施例)図4及び図13を用いて
本実施例に係る電子放出素子を説明する。
(Embodiment 4) An electron-emitting device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0167】本実施例では、カソード電極2とゲート電
極4間に介在する絶縁層を3層構造とし、この絶縁層に
おいて最もカソード電極2側の絶縁層3aの誘電率を最
も高くし、ゲート電極4に近づくにつれて絶縁層3b,
3cの誘電率を順次低くした場合に、第1の実施例と同
様に、電子ビーム径の縮小と、微小孔側壁への電子の衝
突の軽減の効果が得られる例を示す。ここでは、本実施
例の特徴部分のみを説明し、重複する説明は省略する。
In this embodiment, the insulating layer interposed between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 has a three-layer structure. In this insulating layer, the insulating layer 3a closest to the cathode electrode 2 has the highest dielectric constant, 4, the insulating layers 3b,
An example in which the effect of reducing the diameter of the electron beam and reducing the collision of electrons with the side walls of the micropores, as in the first embodiment, is obtained when the dielectric constant of 3c is gradually reduced. Here, only the characteristic portions of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.

【0168】第1の実施例と同様に基板1上にカソード
電極2を積層した後、絶縁層3aとして厚さ250nm
のTa25、絶縁層3bとして厚さ150nmのSi
N、絶縁層3cとして厚さ100nmのSiO2をこの
順に積層し、その上にゲート電極4を積層した。
After laminating the cathode electrode 2 on the substrate 1 in the same manner as in the first embodiment, a 250 nm thick insulating layer 3a is formed.
Ta 2 O 5 , 150 nm thick Si as the insulating layer 3b
N, SiO 2 having a thickness of 100 nm was laminated in this order as the insulating layer 3c, and the gate electrode 4 was laminated thereon.

【0169】続いて、第1の実施例と同様にマスクパタ
ーン7を形成し、ゲート電極4及び絶縁層3c,3b,
3a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でエッチングを停止させ、開口径W
1=0.5μmの微小孔を形成した。
Subsequently, a mask pattern 7 is formed in the same manner as in the first embodiment, and the gate electrode 4 and the insulating layers 3c, 3b,
3a is dry-etched using CF 4 gas, the etching is stopped at the cathode electrode 2, and the opening diameter W
Micropores of 1 = 0.5 μm were formed.

【0170】以下の製造工程は第1の実施例と同様であ
るので省略する。
The following manufacturing steps are the same as in the first embodiment, and will not be described.

【0171】以上のようにして作製した電子放出素子を
図4に示すものと同様の構成において、Va=5kV、
Vb=10V、D1=1mmで駆動し、電子放出させ
た。
The electron-emitting device manufactured as described above has a structure similar to that shown in FIG.
The device was driven at Vb = 10 V and D1 = 1 mm to emit electrons.

【0172】すると、絶縁層としてSiO2を単層積層
した場合に比べ、電子ビーム径が17%程度、ゲート電
流率が10%程度となった。
As a result, the electron beam diameter was about 17% and the gate current ratio was about 10%, as compared with the case where a single layer of SiO 2 was laminated as the insulating layer.

【0173】(第5の実施例)図4及び図14を用いて
本実施例に係る電子放出素子を説明する。
(Fifth Embodiment) An electron-emitting device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0174】本実施例では、カソード電極2とゲート電
極4間に介在する絶縁層3の誘電率を最もカソード電極
2側の誘電率を最も高くするように連続的に変化させた
場合に、第1の実施例と同様に、電子ビーム径の縮小
と、微小孔側壁への電子の衝突の軽減の効果が得られる
例を示す。ここでは、本実施例の特徴部分のみを説明
し、重複する説明は省略する。
In this embodiment, when the dielectric constant of the insulating layer 3 interposed between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 is continuously changed so that the dielectric constant on the cathode electrode 2 side is the highest, As in the first embodiment, an example in which the effects of reducing the electron beam diameter and reducing the collision of electrons with the side walls of the micropores will be described. Here, only the characteristic portions of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.

【0175】第1の実施例と同様に基板1上にカソード
電極2を積層した後、二元同時スパッタ法により、絶縁
層3として厚さ500nmのSiO2とSiNの混合物
を積層した。まず、SiNに200W、SiO2に40
Wの電力をかけて積層し始め、徐々にSiNにかける電
力を弱めると同時に、SiO2にかける電力を強めてい
き、最後にはSiNにかける電力を切った。
After laminating the cathode electrode 2 on the substrate 1 in the same manner as in the first embodiment, a 500 nm thick mixture of SiO 2 and SiN was laminated as the insulating layer 3 by the dual simultaneous sputtering method. First, 200 W for SiN and 40 W for SiO 2
The stacking was started by applying W power, the power applied to SiN was gradually reduced, the power applied to SiO 2 was increased, and finally the power applied to SiN was cut off.

【0176】続いて、第1の実施例と同様にマスクパタ
ーン7を形成し、ゲート電極4及び絶縁層3をCF4
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でエッチングを停止させ、開口径W1=0.5μmの
微小孔を形成した。
Subsequently, a mask pattern 7 is formed in the same manner as in the first embodiment, and the gate electrode 4 and the insulating layer 3 are dry-etched using CF 4 gas, respectively. Micropores having a diameter W1 of 0.5 μm were formed.

【0177】以下の製造工程は第1の実施例と同様であ
るので省略する。
The following manufacturing steps are the same as in the first embodiment, and will not be described.

【0178】以上のようにして作製した電子放出素子を
図4に示すものと同様の構成において、Va=5kV、
Vb=10V、D1=1mmで駆動し、電子放出させ
た。
The electron-emitting device manufactured as described above has a configuration similar to that shown in FIG.
The device was driven at Vb = 10 V and D1 = 1 mm to emit electrons.

【0179】すると、絶縁層として、SiO2を単層積
層した場合に比べ、ビーム径が90%程度、ゲート電流
率が80%程度となった。
As a result, the beam diameter was about 90% and the gate current ratio was about 80% as compared with the case where a single layer of SiO 2 was laminated as the insulating layer.

【0180】なお、本実施例では、絶縁層3の誘電率が
ゲート電極4に向かう程に小さくなるように連続的に変
化しており、電子放出膜5の表面は絶縁層3全体の誘電
率の平均値以上の領域となるカソード電極2側に設けら
れている。
In this embodiment, the dielectric constant of the insulating layer 3 is continuously changed so as to decrease toward the gate electrode 4, and the surface of the electron emission film 5 has a dielectric constant of the entire insulating layer 3. Is provided on the side of the cathode electrode 2 which is a region of not less than the average value of.

【0181】(第6の実施例)図4、図15、及び図1
6を用いて本実施例に係る電子放出素子を説明する。図
16は本実施例に係る電子放出素子を示す平面図、図1
5は本実施例に係る電子放出素子を示す図16における
A−A’線での概略断面図である。
(Sixth Embodiment) FIGS. 4, 15, and 1
6, the electron-emitting device according to this embodiment will be described. FIG. 16 is a plan view showing an electron-emitting device according to this embodiment, and FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 16 showing the electron-emitting device according to this example.

【0182】本実施例では、ドライエッチングによって
微小孔を形成する際に、エッチングをカソード電極2上
で停止せず、カソード電極2の一部をエッチングし、カ
ソード電極2を掘り込む例を示す。また、微小孔の開口
形状をストライプ状とし、電子放出膜5としてダイヤモ
ンド膜を用いた。ここでは、本実施例の特徴部分のみを
説明し、重複する説明は省略する。
In the present embodiment, an example is shown in which, when forming micropores by dry etching, the etching is not stopped on the cathode electrode 2 but a part of the cathode electrode 2 is etched to dig the cathode electrode 2. In addition, the opening shape of the minute holes was made into a stripe shape, and a diamond film was used as the electron emission film 5. Here, only the characteristic portions of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.

【0183】第1の実施例と同様に基板1上にカソード
電極2を積層した後、絶縁層3aとして厚さ250nm
のTa25、絶縁層3bとして厚さ250nmのSiO
2をこの順に積層し、その上にゲート電極4を積層し
た。
After laminating the cathode electrode 2 on the substrate 1 in the same manner as in the first embodiment, a 250 nm thick insulating layer 3a is formed.
Ta 2 O 5 , 250 nm thick SiO 2 as the insulating layer 3b
2 were laminated in this order, and a gate electrode 4 was laminated thereon.

【0184】続いて、第1の実施例と同様にマスクパタ
ーン7を形成し、ゲート電極4、絶縁層3b,3a、及
びカソード電極2の一部をCF4ガスを用いてそれぞれ
ドライエッチングし、開口径W1=0.5μm、開口幅
L1=100μmのストライプ状の開口形状の微小孔を
形成した。この時、カソード電極2を50nm掘り込ん
だところでエッチングを停止させた。
Subsequently, a mask pattern 7 is formed in the same manner as in the first embodiment, and a part of the gate electrode 4, the insulating layers 3b and 3a, and a part of the cathode electrode 2 are dry-etched using CF 4 gas, respectively. Microscopic holes having a stripe-shaped opening shape having an opening diameter W1 = 0.5 μm and an opening width L1 = 100 μm were formed. At this time, the etching was stopped when the cathode electrode 2 was dug down by 50 nm.

【0185】続いてCVD法により、電子放出膜5とし
てダイヤモンド膜を100nm堆積した。
Subsequently, a 100 nm diamond film was deposited as the electron emission film 5 by the CVD method.

【0186】以下の製造工程は第1の実施例と同様であ
るので省略する。
The following manufacturing steps are the same as in the first embodiment, and will not be described.

【0187】以上のようにして作製した電子放出素子を
図4に示すものと同様の構成において、Va=5kV、
Vb=10V、D1=1mmで駆動し、電子放出させ
た。
The electron-emitting device manufactured as described above has a structure similar to that shown in FIG.
The device was driven at Vb = 10 V and D1 = 1 mm to emit electrons.

【0188】すると、第1の実施例に示した電子放出素
子で絶縁層としてSiO2を単層積層した場合に比べ、
ビーム径が18%程度、ゲート電流率が20%程度とな
った。
Then, as compared with the case where a single layer of SiO 2 is laminated as an insulating layer in the electron-emitting device shown in the first embodiment,
The beam diameter was about 18%, and the gate current ratio was about 20%.

【0189】(第7の実施例)図6を用いて第1〜第6
の実施例に係る電子放出素子で画像形成装置を作製した
例を説明する。
(Seventh Embodiment) First to sixth embodiments will be described with reference to FIG.
An example in which an image forming apparatus is manufactured using the electron-emitting device according to the embodiment will be described.

【0190】電子放出素子を10×10のMTX状に配
置した。配線は、図6のようにX方向配線62をカソー
ド電極2の層に、Y方向配線63をゲート電極4の層に
接続した。
The electron-emitting devices were arranged in a 10 × 10 MTX shape. As for the wiring, the X-directional wiring 62 was connected to the layer of the cathode electrode 2 and the Y-directional wiring 63 was connected to the layer of the gate electrode 4 as shown in FIG.

【0191】電子放出素子64は、横150μm、縦3
00μmのピッチで配置した。電子放出素子64上部に
は2mmに距離を隔てた位置にアノード電極である蛍光
体を配置した。蛍光体には5kVの電圧を印加した。
The electron-emitting device 64 has a width of 150 μm and a height of 3 μm.
They were arranged at a pitch of 00 μm. A phosphor, which is an anode electrode, is disposed above the electron-emitting device 64 at a distance of 2 mm. A voltage of 5 kV was applied to the phosphor.

【0192】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。
As a result, a high-definition image forming apparatus capable of matrix driving was formed.

【0193】[0193]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子は、カソード電極とゲート電極の間に介在する絶縁
層を、カソード電極側に誘電率の大きい層を有する異な
る誘電率の層が積み重ねられた多層構造で設けたこと
で、孔内の電子放出膜の表面付近の等電位面が電子放出
膜の表面と平行又は凹型に形成されるため、電子放出膜
から放出された電子は電子放出膜の表面に略垂直に進
み、孔側壁に衝突する割合を軽減することができ、アノ
ード到達時の電子ビーム径を小さくすることができる。
As described above, in the electron-emitting device according to the present invention, the insulating layer interposed between the cathode electrode and the gate electrode is formed by a layer having a different dielectric constant having a layer having a large dielectric constant on the cathode electrode side. By providing a stacked multilayer structure, the equipotential surface near the surface of the electron-emitting film in the hole is formed parallel or concave with the surface of the electron-emitting film. It is possible to reduce the proportion of the electron beam that travels substantially perpendicular to the surface of the emission film and collides with the side wall of the hole, and reduce the electron beam diameter at the time of reaching the anode.

【0194】本発明の電子放出素子は、単純な積層構造
であるので、製造し易く、さらに構造を制御し易いた
め、各電子放出素子での電子放出特性も均一になる。
Since the electron-emitting device of the present invention has a simple laminated structure, it can be easily manufactured and the structure can be easily controlled, so that the electron-emitting characteristics of each electron-emitting device are uniform.

【0195】本発明の電子放出素子は、ゲート電極を変
調電極としており、アノードに高電圧をかけることがで
きるため、放出電子は蛍光体を発光させるのに十分なエ
ネルギーを持って蛍光体に衝突するため、蛍光体での十
分な輝度が得られる。
In the electron-emitting device of the present invention, the gate electrode is used as a modulation electrode, and a high voltage can be applied to the anode. Therefore, the emitted electrons collide with the phosphor with sufficient energy to cause the phosphor to emit light. Therefore, a sufficient luminance can be obtained in the phosphor.

【0196】本発明の電子放出素子は、絶縁層の厚さを
薄くしたり、電子放出膜として仕事関数の小さい材料を
選ぶ等によって、ゲート電極とカソード電極間に印加す
る電圧を低減することができ、素子を低電圧で駆動する
ことができる。
In the electron-emitting device of the present invention, the voltage applied between the gate electrode and the cathode electrode can be reduced by reducing the thickness of the insulating layer or selecting a material having a small work function as the electron-emitting film. Accordingly, the element can be driven at a low voltage.

【0197】そして、複数の電子放出素子を備えた電子
源では、各電子放出素子の電子放出特性を均一に得るこ
とができる。
In an electron source having a plurality of electron-emitting devices, the electron-emitting characteristics of each electron-emitting device can be obtained uniformly.

【0198】また、複数の電子放出素子を備えた画像形
成装置では、蛍光体を十分な輝度で発光させる放出電流
が得られる。また、蛍光体に照射される放出電子の電子
ビーム径が小さく、且つ、各素子の電子放出特性が均一
となり、高精細化が可能となり高性能な表示特性を得
る。さらに、低電圧で駆動でき、製造し易い。
In an image forming apparatus having a plurality of electron-emitting devices, an emission current for causing a phosphor to emit light with sufficient luminance can be obtained. Further, the electron beam diameter of emitted electrons applied to the phosphor is small, and the electron emission characteristics of each element are uniform, so that high definition is possible and high performance display characteristics are obtained. Furthermore, it can be driven at a low voltage and is easy to manufacture.

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

【図1】実施の形態に係る電子放出素子の構成を示す概
略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of an electron-emitting device according to an embodiment.

【図2】実施の形態に係る電子放出素子の構成を示す概
略平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a configuration of an electron-emitting device according to an embodiment.

【図3】実施の形態に係る電子放出素子の動作時に形成
される微小孔内の電界の様子を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state of an electric field in a minute hole formed during operation of the electron-emitting device according to the embodiment.

【図4】実施の形態に係る電子放出素子を動作させる時
の構成例を示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example when operating the electron-emitting device according to the embodiment.

【図5】実施の形態に係る電子放出素子の製造方法の一
例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment.

【図6】実施の形態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 embodiment.

【図7】実施の形態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 embodiment.

【図8】実施の形態に係る画像形成装置に用いられる蛍
光膜を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a fluorescent film used in the image forming apparatus according to the embodiment.

【図9】第1の実施例に係る電子放出素子のTa25
層率に対する電子ビーム径を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an electron beam diameter with respect to a Ta 2 O 5 stacking ratio of the electron-emitting device according to the first embodiment.

【図10】第1の実施例に係る電子放出素子のTa25
積層率に対するゲート電流率を示すグラフである。
FIG. 10 shows Ta 2 O 5 of the electron-emitting device according to the first embodiment.
It is a graph which shows the gate current rate with respect to the lamination rate.

【図11】第2の実施例に係る電子放出素子のSiN積
層率に対する電子ビーム径を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing an electron beam diameter with respect to a SiN stacking ratio of the electron-emitting device according to the second embodiment.

【図12】第2の実施例に係る電子放出素子のSiN積
層率に対するゲート電流率を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a gate current ratio with respect to a SiN stacking ratio of the electron-emitting device according to the second example.

【図13】第3及び第4の実施例に係る電子放出素子を
示す概略断面図である。
FIG. 13 is a schematic sectional view showing an electron-emitting device according to a third and a fourth embodiment.

【図14】第5の実施例に係る電子放出素子を示す概略
断面図である。
FIG. 14 is a schematic sectional view showing an electron-emitting device according to a fifth embodiment.

【図15】第6の実施例に係る電子放出素子を示す概略
断面図である。
FIG. 15 is a schematic sectional view showing an electron-emitting device according to a sixth embodiment.

【図16】第6の実施例に係る電子放出素子を示す概略
平面図である。
FIG. 16 is a schematic plan view showing an electron-emitting device according to a sixth embodiment.

【図17】従来技術のホール型のFE型電子放出素子の
一例を示した概略断面図である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional hole-type FE electron-emitting device.

【図18】従来技術の絶縁層が複数の層から成る構成を
取ったFE型電子放出素子の一例を示した概略断面図で
ある。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional FE-type electron-emitting device in which an insulating layer is composed of a plurality of layers.

【図19】従来技術の絶縁層が複数の層から成る構成を
取ったFE型電子放出素子の一例を示した概略断面図で
ある。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional FE-type electron-emitting device having a configuration in which an insulating layer is composed of a plurality of layers.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 カソード電極 3,3a,3b,3c 絶縁層 4 ゲート電極 5 電子放出膜 6 等電位面 7 マスクパターン 8 アノード電極 61 電子源基体 62 X方向配線 63 Y方向配線 64 電子放出素子 65 結線 71 リアプレート 72 支持枠 73 ガラス基体 74 蛍光膜 75 メタルバック 76 フェースプレート 77 外囲器 81 黒色導電材 82 蛍光体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Cathode electrode 3, 3a, 3b, 3c Insulating layer 4 Gate electrode 5 Electron emission film 6 Equipotential surface 7 Mask pattern 8 Anode electrode 61 Electron source substrate 62 X direction wiring 63 Y direction wiring 64 Electron emitting element 65 Connection 71 Rear plate 72 Support frame 73 Glass substrate 74 Fluorescent film 75 Metal back 76 Face plate 77 Enclosure 81 Black conductive material 82 Phosphor

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1電極及び該第1電極上に絶縁層を介在
して積層される第2電極と、 前記第2電極及び前記絶縁層を貫通した孔の底面に設け
られた電子放出部と、を備えた電子放出素子であって、 前記絶縁層は複数の層から構成され、該複数の層のうち
前記第1電極側の層の誘電率が、前記第2電極側の層の
誘電率よりも大きいことを特徴とする電子放出素子。
A first electrode, a second electrode laminated on the first electrode with an insulating layer interposed therebetween, and an electron emitting portion provided on a bottom surface of a hole passing through the second electrode and the insulating layer. Wherein the insulating layer is composed of a plurality of layers, and the dielectric constant of the layer on the first electrode side of the plurality of layers is the dielectric constant of the layer on the second electrode side. An electron-emitting device characterized by being higher than the rate.
【請求項2】前記電子放出部の表面は、前記第1電極側
に配置された誘電率の大きい層とその上に積層された層
との界面よりも前記第1電極側に設けられたことを特徴
とする請求項1に記載の電子放出素子。
2. The method according to claim 1, wherein the surface of the electron-emitting portion is provided closer to the first electrode than an interface between a layer having a large dielectric constant disposed on the first electrode and a layer laminated thereon. The electron-emitting device according to claim 1, wherein:
【請求項3】前記絶縁層を構成する複数の層は、連続的
に誘電率が変化する多層構造であることを特徴とする請
求項1に記載の電子放出素子。
3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the plurality of layers constituting the insulating layer have a multilayer structure in which the dielectric constant changes continuously.
【請求項4】絶縁性の基板上のカソード電極及び絶縁層
を介在した前記カソード電極上のゲート電極と、 前記ゲート電極及び前記絶縁層を貫通して形成された孔
の底面に設けられた電子放出膜と、 を備えた電子放出素子であって、 前記絶縁層を、前記カソード電極側に誘電率の大きい層
を有する多重に誘電率の異なる層を積み重ねた積層構造
に設けたことを特徴とする電子放出素子。
4. A gate electrode on said cathode electrode interposing a cathode electrode and an insulating layer on an insulating substrate, and electrons provided on the bottom surface of a hole formed through said gate electrode and said insulating layer. An electron emission element comprising: an emission film; and wherein the insulating layer is provided in a multilayer structure in which multiple layers having different dielectric constants are stacked on each other with a layer having a large dielectric constant on the cathode electrode side. Electron emitting device.
【請求項5】前記電子放出膜の表面は、前記絶縁層の前
記カソード電極側の誘電率の大きい層とその上に積み重
ねた層との界面よりも前記カソード電極側に設けられた
ことを特徴とする請求項4に記載の電子放出素子。
5. The electron emission film according to claim 1, wherein a surface of said electron emission film is provided closer to said cathode electrode than an interface between a layer having a large dielectric constant on said cathode electrode side of said insulating layer and a layer stacked thereon. The electron-emitting device according to claim 4, wherein
【請求項6】前記絶縁層は、3層以上の積層構造である
と共に、前記カソード電極側から前記ゲート電極側に向
かう程、各層の誘電率が小さくなることを特徴とする請
求項4又は5に記載の電子放出素子。
6. The insulating layer according to claim 4, wherein the insulating layer has a laminated structure of three or more layers, and the dielectric constant of each layer decreases from the cathode electrode side to the gate electrode side. 3. The electron-emitting device according to item 1.
【請求項7】前記絶縁層は、3層以上の積層構造である
と共に、最も前記カソード電極側の層及び最も前記ゲー
ト電極側の層の誘電率はその間の層の誘電率よりも大き
いことを特徴とする請求項4又は5に記載の電子放出素
子。
7. The insulating layer has a laminated structure of three or more layers, and a dielectric constant of a layer closest to the cathode electrode and a dielectric layer of a layer closest to the gate electrode are larger than a dielectric constant of a layer between them. The electron-emitting device according to claim 4 or 5, wherein
【請求項8】前記絶縁層は、連続的に誘電率が変化する
多層構造であることを特徴とする請求項6又は7に記載
の電子放出素子。
8. The electron-emitting device according to claim 6, wherein the insulating layer has a multilayer structure in which the dielectric constant changes continuously.
【請求項9】前記絶縁層は、誘電率の異なる2種以上の
絶縁材料を混成して形成されたことを特徴とする請求項
8記載の電子放出素子。
9. The electron-emitting device according to claim 8, wherein said insulating layer is formed by mixing two or more insulating materials having different dielectric constants.
【請求項10】前記絶縁層の誘電率が、前記カソード電
極側から前記ゲート電極側に向かう程小さくなる場合
に、 前記電子放出膜の表面は、前記絶縁層の全ての誘電率の
平均値以上の領域となる前記カソード側に設けられたこ
とを特徴とする請求項8又は9に記載の電子放出素子。
10. When the dielectric constant of the insulating layer decreases from the side of the cathode electrode toward the side of the gate electrode, the surface of the electron emission film is equal to or more than the average of all the dielectric constants of the insulating layer. The electron-emitting device according to claim 8, wherein the electron-emitting device is provided on the side of the cathode which is a region of (b).
【請求項11】前記孔は、多角形、スリット形状、円
形、円形の一部、楕円形、及び楕円形の一部のいずれか
一種の形状をなすことを特徴とする請求項4乃至10の
いずれか一つに記載の電子放出素子。
11. The method according to claim 4, wherein said hole has a shape of any one of a polygon, a slit, a circle, a part of a circle, an ellipse, and a part of an ellipse. The electron-emitting device according to any one of the above.
【請求項12】前記電子放出膜は、ダイヤモンドライク
カーボン又はダイヤモンドを含有することを特徴とする
請求項4乃至11のいずれか一つに記載の電子放出素
子。
12. The electron-emitting device according to claim 4, wherein said electron-emitting film contains diamond-like carbon or diamond.
【請求項13】前記孔は、前記カソード電極の一部も掘
り込んで形成されることを特徴とする請求項4乃至12
のいずれか一つに記載の電子放出素子。
13. The hole according to claim 4, wherein the hole is formed by dug a part of the cathode electrode.
The electron-emitting device according to any one of the above.
【請求項14】請求項1乃至13のいずれか一つに記載
の電子放出素子を複数個並列に配置し、結線してなる前
記電子放出素子の列を少なくとも1列以上有してなるこ
とを特徴とする電子源。
14. An electron-emitting device according to claim 1, wherein a plurality of the electron-emitting devices are arranged in parallel, and at least one row of the electron-emitting devices is connected. Characterized electron source.
【請求項15】請求項1乃至13のいずれか一つに記載
の電子放出素子を複数個配列してなる前記電子放出素子
の列を少なくとも1列以上有し、前記電子放出素子を駆
動する低電位用供給用配線と高電位供給用配線がマトリ
クス配置されていることを特徴とする電子源。
15. A device for driving the electron-emitting device, comprising at least one column of the electron-emitting device comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1 arranged therein. An electron source, wherein a potential supply wiring and a high potential supply wiring are arranged in a matrix.
【請求項16】請求項14又は15に記載の電子源と、 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、 情報信号により前記電子源の各電子放出素子の電子量を
制御することを特徴とする画像形成装置。
16. An electron source according to claim 14, further comprising: an image forming member for forming an image by electrons emitted from said electron source; An image forming apparatus for controlling an amount of electrons.
【請求項17】前記画像形成部材は、蛍光体であること
を特徴とする請求項16に記載の画像形成装置。
17. The image forming apparatus according to claim 16, wherein said image forming member is a phosphor.
【請求項18】絶縁性の基板上に、カソード電極、該カ
ソード電極側に誘電率の大きい層を有する多重に誘電率
の異なる層を積み重ねた積層構造に設けられた絶縁層、
及びゲート電極を順次積み重ねて形成する工程と、 前記ゲート電極及び前記絶縁層を貫通して孔を形成する
工程と、 前記孔の底面に、電子放出膜を形成する工程と、を備え
たことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
18. An insulating layer provided on a insulating substrate in a multilayer structure in which a cathode electrode and a layer having a large dielectric constant on the cathode electrode side are stacked in multiple layers having different dielectric constants.
A step of forming a hole through the gate electrode and the insulating layer; and a step of forming an electron emission film on the bottom surface of the hole. A method for manufacturing an electron-emitting device.
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