JP2003016916A

JP2003016916A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置

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Publication number: JP2003016916A
Application number: JP2001202620A
Authority: JP
Inventors: Michiyo Nishimura; 三千代西村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-17
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: JP4810010B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビーム径のさらなる小径化を実現させた
電子放出素子、及びこの電子放出素子を備えた、画質が
良好で高精細な電子源及び画像形成装置を提供する。【解決手段】複数の電子放出層のうちの中央領域に存
在する電子放出層５から放出される電子は、基板１に対
して略垂直方向に向かって放出されるものであり、該中
央領域以外の領域に存在する電子放出層５から放出され
る電子を、基板１に対して垂直方向から偏向した方向へ
放出させる偏向放出構造を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子に関
するものであり、さらに、それを使用した、電子源、お
よび画像形成装置に関するものである。

【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。

【０００３】ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙ
ｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ，
“ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙ
ｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたものが
知られている。

【０００５】また、最近の例では、Ｔｏｓｈｉａｋｉ．
Ｋｕｓｕｎｏｋｉ，“Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ−ｆｒｅ
ｅｅｌｅｃｔｒｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍ
ｎｏｎ−ｆｏｒｍｅｄｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ−ｍｅｔａｌ（ＭＩＭ）ｃａｔｈｏｄｅｓＦａｂｒ
ｉｃａｔｅｄｂｙｌｏｗｃｕｒｒｅｎｔＡｎｏ
ｄｉｃｏｘｉｄａｔｉｏｎ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．Ｌ１６
９５，Ｍｕｔｓｕｍｉｓｕｚｕｋｉｅｔａｌ“Ａｎ
ＭＩＭ−ＣａｔｈｏｄｅＡｒｒａｙｆｏｒＣａ
ｔｈｏｄｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｓｐｌａｙ
ｓ”，ＩＤＷ’９６，（１９９６）ｐｐ．５２９等が研
究されている。

【０００６】表面伝導型の例としては、エリンソンの報
告（Ｍ．Ｉ．ＥｌｉｎｓｏｎＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，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．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ，９，３１７（１９７２））、Ｉｎ₂Ｏ₃／Ｓ
ｎＯ₂薄膜によるもの（Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤ
Ｃｏｎｆ．，５１９（１９８３））等が報告されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、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。

【０００８】従来ＭＩＭ型は、下部電極と上部電極の間
に絶縁体を配置し、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、絶縁層と上部
電極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。

【０００９】従来のＦＥ型の例としてＳｐｉｎｄｔ型の
電子放出素子がある。Ｓｐｉｎｄｔ型では、放出点とし
てマイクロチップが形成され、その先端から電子が放出
される構成が一般的であり、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、先端から放出された電子は、ゲート電極で形成され
た電場によって広がる傾向があり、ビーム径を小さくで
きないという欠点がある。

【００１０】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。これは放
出された電子ビームを収束電極の負電位により絞るのが
一般的だが、製造工程が複雑となり、製造コストの増大
を招く。

【００１１】さらに、Ｓｐｉｎｄｔ型ではマイクロチッ
プ先端の１点が電子放出点となることから１素子内に電
子放出部を複数として電子放出点を増やし、必要な電子
放出量の確保をすることが一般的である。また、電子放
出点を増やすことで、電子放出量の変動が少なくでき安
定性が向上する。

【００１２】しかしながら、１素子内に電子放出部が複
数あると、電子ビーム全体の径は、最外郭の電子放出部
の位置に依存し、１つ電子放出部の場合より大きくなる
のは一般的である。

【００１３】そのような問題の解決策として、１素子の
周辺に電子ビームを曲げる機能のある例として、ＵＳ５
５２８１０３号や、特開２０００−１０６１１２号公報
に開示されたものがある。これらは、電子ビームの制御
を有効とするためには、１素子の面積を大きくしなくて
はいけないという欠点があり、高精細な電子ビームには
不十分であった。

【００１４】また一方、１素子内で、独立に電子ビーム
の方向を偏向させることができれば、電子ビーム径を大
きくすることなく、複数の電子放出部を有す素子が構成
でき有用である。

【００１５】そのような従来のＦＥ型のＳｐｉｎｄｔ型
の従来例としては、特開平８−３１５７２１号公報に開
示されたものがあり、これを図１５に示した。図１５に
おいて、１３１は基板、１３２は円錐状のカソード、１
３３はキャビティー、１３４は絶縁層、１３５はゲート
電極である。円錐状のカソードは、偏心して配置されて
いる。、電子ビーム径を小さくする別の例としては、Ｓ
ｐｉｎｄｔ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号公報に開示されたものがある。
これは孔内に配置した薄膜から電子放出を行わせるた
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。

【００１６】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。

【００１７】さらに、電子放出が面状で行われるため
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。

【００１８】このような構造では、個々の微細孔からの
電子放出素子からの電子ビームが小さくできるという利
点がある。

【００１９】しかしながら、微細孔では、電子放出部の
面積は小さく、１つの電子放出部だけでは、電子放出量
が少なくなってしまう。

【００２０】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
ビーム径のさらなる小径化を実現させた電子放出素子、
及びこの電子放出素子を備えた、画質が良好で高精細な
電子源及び画像形成装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、基板の表面上に配置されたカソー
ド電極と、絶縁層を介して前記カソード電極上に配置さ
れたゲート電極と、を備え、前記カソード電極に電気的
に接続された電子放出層が複数設けられた電子放出素子
において、前記電子放出層は、前記基板表面と実質的に
平行な表面を有しており、前記複数の電子放出層のうち
の中央領域に存在する前記電子放出層から放出される電
子は、前記基板に対して略垂直方向に向かって放出され
るものであり、前記中央領域以外の領域に存在する前記
電子放出層から放出される電子を、前記基板に対して垂
直方向から偏向した方向へ放出させる偏向放出構造を備
えることを特徴とする。

【００２２】前記偏向放出構造は、前記複数の電子放出
層から放出される電子を前記中央領域の上方に略一致し
て到達するように設けられることも好適である。

【００２３】前記偏向放出構造は、前記中央領域に存在
する電子放出層とは、独立して設けられていることも好
適である。

【００２４】前記偏向放出構造は、非対称的な構造で形
成されることも好適である。

【００２５】前記カソード電極、前記絶縁層、前記ゲー
ト電極の順に前記基板上に積層され、該ゲート電極と該
絶縁層との一部領域が取り除かれた開口部を有し、該開
口部内に前記電子放出層が配されたことも好適である。

【００２６】前記開口部は、少なくとも前記絶縁層と前
記ゲート電極とで積層された側壁を有し、前記偏向放出
構造とは、前記側壁に部分的に高さの異なる領域が設け
られた構造であることも好適である。

【００２７】基板の表面上に配置されたカソード電極
と、複数の開口部を有し、前記カソード電極上に配置さ
れた絶縁層と、複数の開口部を有し、前記絶縁層上に配
置されたゲート電極と、を備え、前記絶縁層に設けられ
た開口部の各々と、前記ゲート電極に設けられた開口部
の各々とが連通しており、前記絶縁層に設けられた各々
の前記開口部内に、前記カソード電極と電気的に接続す
るように、前記基板表面に対し実質的に平行な表面を有
する電子放出層を有する電子放出素子であって、前記ゲ
ート電極の複数の開口部を囲むように、前記ゲート電極
の厚みが厚くなっていることを特徴とする。

【００２８】基板上に配置されたカソード電極と、絶縁
層を介して前記カソード電極上に積層されるゲート電極
と、を備え、前記絶縁層と前記ゲート電極とを貫通し前
記カソード電極の一部領域を露出せしめる開口部内に設
けられ、前記カソード電極と電気的に接続された電子放
出層が複数設けられた電子放出素子において、前記開口
部は、少なくとも前記絶縁層と前記ゲート電極とで積層
される側壁を有し、前記電子放出層のうちの中央領域に
おいて、前記側壁は略同一の高さに設けられ、前記中央
領域以外の領域において、前記側壁は部分的に高さの異
なる領域を備えることを特徴とする。

【００２９】前記中央領域以外の領域に位置する前記開
口部の側壁のうち、該中央領域側に位置する側壁の高さ
は、該中央領域から離間する方向に位置する側壁の高さ
よりも低く設けられることも好適である。

【００３０】前記開口部は、スリット状に設けられるこ
とも好適である。

【００３１】前記開口部は、リング状に設けられること
も好適である。

【００３２】前記リング状に設けられた前記開口部の円
弧状の一部領域は、閉じられていることも好適である。

【００３３】前記電子放出層が、炭素又は炭素化合物を
含むことも好適である。

【００３４】前記炭素又は炭素化合物とは、ダイヤモン
ド又は、ダイヤモンドライクカーボン又は、グラファイ
トを含むことも好適である。

【００３５】電子源にあっては、上記記載の電子放出素
子を複数個接続したことを特徴とする。

【００３６】上記記載の電子源であって、前記ゲート電
極がゲート電極配線に接続され、前記カソード電極がカ
ソード配線に、マトリクス配線したことを特徴とする。

【００３７】画像形成装置にあっては、上記記載の電子
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。

【００３８】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も好適である。

【００３９】

【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。また、カソード、ゲート、アノード
電極に印加される電圧、駆動波形等の条件も特に特定な
記載がない限りはそれらのみに限定する趣旨のものでは
ない。

【００４０】図１〜図４は本発明の実施の形態に係る電
子放出素子の模式図である。

【００４１】図１においては、ｘｙ平面での素子の平面
図を示したものである。なお、図には説明の便宜上、部
材毎にハッチングを施している。また、図２は、図１に
おける素子の駆動状態を示したものであり、図１におけ
るＡ−Ａ’断面を斜視図で示している。

【００４２】本実施の形態に係る電子放出素子は、概
略、基板１と、基板１上に積層されるカソード電極２
と、カソード電極２上に積層される絶縁層３と、絶縁層
３上に積層される第１及び第２のゲート電極４ａ，４ｂ
と、電子放出層５と、から構成される。

【００４３】電子放出層５は、ｗ１の幅、Ｌ１の長さの
スリット状の開口部内に形成されて、カソード電極２に
電気的に接続されている。開口部とは、絶縁層３とゲー
ト電極４ａ，４ｂの一部領域が取り除かれたものであ
る。

【００４４】また、スリット状の開口部は、ｘ方向に複
数、ここでは、ｘ方向に３つ構成されており、スリット
同士はｗ２だけ離れて隣接して設けられている。

【００４５】また、本実施の形態において、電子放出構
造とは、スリット状の開口部と、該開口部内に形成され
た電子放出層５とを有して、電子放出層５から電子を放
出させる構造のことであり、１つの電子放出素子に複数
設けられているものである。

【００４６】そして、偏向放出構造として、素子の両側
には、第１のゲート電極４ａの上に、さらに第２のゲー
ト４ｂが積層されている。

【００４７】すなわち、複数の電子放出構造のうちの中
央領域において、開口部を構成し少なくとも絶縁層３と
第１のゲート電極４ａとで積層される側壁は略同一の高
さに設けられおり、該中央領域以外の領域において、第
２のゲート４ｂが積層された領域は、開口部を構成する
側壁の高さが部分的に異なる領域となる。

【００４８】したがって、本素子では、高さの同じ開口
部からなる中央領域の電子放出構造としての電子放出部
と、ゲート電極の高さの違う開口部からなる周辺（中央
領域以外の領域）の電子放出部と、で構成されている。

【００４９】ここで、偏向放出構造は、中央領域に存在
する電子放出構造とは、独立して設けられており、ま
た、偏向放出構造の開口部の側壁のうち、中央領域側に
位置する側壁の高さは、該中央領域から離間した側に位
置する側壁の高さよりも低く設けられ、非対称的な構造
となっている。

【００５０】また、カソード電極２とゲート電極４ａ，
４ｂ間には駆動電圧Ｖｇが電源６により与えられる。

【００５１】７は電子放出素子の上方に離れて配置され
たアノード電極であり、アノード電圧Ｖａが高圧電源８
により与えられる。アノード電極−素子間距離Ｈは通常
はカソード電極２の位置を基準とすればいい。アノード
電極７では電子放出部からの電子が捕捉される。

【００５２】図３は、図２の素子の等電位面と電子ビー
ム軌道との関係を説明するための図である。

【００５３】中央領域の電子放出部の直上部は、開口部
に対してほぼ対称な等電位面となるため、電子はｚ方向
にむかって垂直に放出され、またその広がりは、ｘ方向
に対して対称となる。

【００５４】一方、周辺の電子放出部では、ゲート電極
の高さの非対称性により等電位面も非対称となる。これ
により、電子軌道が曲げられる。影響を受けるのは第２
のゲート電極４ｂを積層した側、すなわち、素子の周辺
部の軌道である。したがって、周辺部の電子放出部の広
がりはｘ方向に対して非対称になる。適当な非対称性を
もたせることで、図３に示すような、周辺部の電子放出
部の広がりが、ちょうど、中央領域のひろがりと重なる
ようにすることもできる。

【００５５】本実施の形態の電子放出素子では、開口部
を微細にし、かつ、電子放出層５がほぼ平坦に構成され
ていることで、電子放出層５とアノード電極７との間に
比較的歪みが少なく平坦な電界が形成されるため、電子
ビームの広がりが比較的に小さいのが特徴である。

【００５６】さらに、電子放出層５の材料として、低仕
事関数の材料を選択することで、素子駆動電圧を低くで
きる。

【００５７】さらに、電子放出部は３か所であり、１つ
の電子放出部に比べ、電子放出量を増やすことができ、
また、電子放出の変動が低減する。

【００５８】さらに、中央領域の電子放出部と、周辺部
の電子放出部の電子到達位置を近づけることができ、電
子放出部を３つとして複数にしてもビーム径の広がりを
抑えることができる。

【００５９】図４は、図１で示す本実施の形態の電子放
出素子を作製する方法の一例を説明する図である。

【００６０】以下、図４を参照して、本実施の形態の電
子放出素子の製造方法の一例を説明する。

【００６１】図４（ａ）に示すように、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上にカソード電極２を積層す
る。

【００６２】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
ォトリソグラフィー技術により形成される。カソード電
極２の材料は、例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，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、ＹＢ₄，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、アモルフ
ァスカーボン，グラファイト，ダイヤモンドライクカー
ボン，ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等か
ら適宜選択される。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ｎ
ｍから数μｍの範囲で選択される。

【００６３】次に、カソード電極２に続いて絶縁層３、
第１のゲート電極４ａを堆積する。

【００６４】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，ＳｉＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＣａＦな
どの高電界に絶えられる耐圧の高い材料が望ましい。

【００６５】第１のゲート電極４ａ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ー技術により
形成される。第１のゲート電極４ａの材料は、例えば、
Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等
の金属または合金材料、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａ
Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，Ｌａ
Ｂ₆，ＣｅＢ₆、ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＮ，Ｚ
ｒＮ，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。

【００６６】次に、図４（ｂ）に示すように、部分的に
第２のゲート電極４ｂを作製する。

【００６７】なお、第２のゲート電極４ｂは、第１のゲ
ート電極４ａと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。

【００６８】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。

【００６９】さらに、図４（ｄ）に示すように、開口部
を形成する。開口部とは、絶縁層３，第１のゲート電極
４ａ，第２のゲート電極４ｂの各層の一部領域がカソー
ド電極２上から取り除かれたものである。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。

【００７０】ただし、カソード電極２自体が図４（ｂ）
の段差形状を反映して、段差にエッチングされることを
回避しなくてはいけない。

【００７１】そのために、エッチング工程はそれぞれカ
ソード電極２，絶縁層３，ゲート電極４の各層の材料に
応じて、エッチング方法を選択する必要がある。

【００７２】次に、図４（ｅ）に示すように、全面に電
子放出層５を堆積する。

【００７３】電子放出層５は蒸着法、スパッタ法、プラ
ズマＣＶＤ法等の一般的成膜技術などで形成される。電
子放出層５の材料は、低仕事関数の材料を選択するのが
好ましい。例えば、アモルファスカーボン，グラファイ
ト，ダイヤモンドライクカーボン，ダイヤモンドを分散
した炭素及び炭素化合物等から適宜選択される。好まし
くはより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。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。

【００７４】これらの電子放出層５から電子を放出させ
るのに必要な電界としては、できるだけ低くできれば、
駆動電圧をさげられる。〜５×１０⁵Ｖ／ｍ以下であれ
ば、駆動電圧は十数Ｖ程度に低減でき好ましい。

【００７５】次に、図４（ｆ）のようにマスクパターン
４１を剥離して図１で示すような素子が完成する。

【００７６】ゲート電極４ｂの高さの差としては、数十
ｎｍから数十μｍの範囲で設定され、好ましくは数百ｎ
ｍ程度であり、ビーム径にあわせて、その非対称性の条
件が選択される。

【００７７】この場合、非対称とした方向、すなわちｘ
方向のビーム径が小さくなる。

【００７８】孔の径ｗ１は、素子の電子放出特性に大き
く依存する因子であり、素子を構成する材料の特性、特
に電子放出層の仕事関数や膜厚、素子の駆動電圧、その
時に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から数十μｍの範囲から選
択される。

【００７９】孔の平面形状は特に定められるものではな
い。ただし、非対称性を構成するのに好ましい構成とし
て、スリット状、リング状等が好ましい。

【００８０】孔が微細である場合やリング状である場合
には、孔と孔の間隔ｗ２も重要となるが、通常、ｗ２は
数百ｎｍから数十μｍの範囲から適宜、選択される。

【００８１】孔の長さＬ１は、電子放出量に依存する因
子であり適宜設定される。

【００８２】さらに、カソード電極２のパターンニング
後、電子放出層５を全面に形成し、エッチング工程で、
電子放出層５の上面でエッチングを停止させる場合もあ
り、また、ダイヤモンド薄膜、またはダイヤモンドライ
クカーボン等を所望の場所に選択的に堆積する場合もあ
る。

【００８３】さらには、本実施の形態の電子放出素子は
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。

【００８４】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。

【００８５】本実施の形態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。

【００８６】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。

【００８７】以下、単純マトリクス配置について詳述す
る。

【００８８】図５，図６において、５１，６１は電子源
基板、５２，６２はＸ方向配線、５３，６３はＹ方向配
線である。５４，６４は本実施の形態の電子放出素子で
ある。

【００８９】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、層間絶縁層（不図示）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）。

【００９０】層間絶縁層（不図示）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を形成した基板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。

【００９１】電子放出素子６４を構成するｍ本のＸ方向
配線６２は、カソード電極２をかねる場合もあり、ｎ本
のＹ方向配線６３は、ゲート電極４をかねる場合があ
り、層間絶縁層は絶縁層３をかねる場合がある。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】図７において、７１は電子放出素子、８１
は電子放出素子を複数配した電子源基板、９１は電子源
基板８１を固定したリアプレート、９６はガラス基体９
３の内面に蛍光膜９４とメタルバック９５等が形成され
たフェースプレートである。９２は、支持枠であり、該
支持枠９２には、リアプレート９１、フェースプレート
９６がフリットガラスなどを用いて接続される。

【００９６】外囲器（パネル）９８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は主に基板８１の強度を
補強する目的で設けられるため、基板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、基板８１とリアプレート９１が一体構成の
部材であっても構わない。

【００９７】支持枠９２の蛍光膜９４とメタルバック９
５とをその内側表面に配置したフェースプレート９６と
リアプレート９１と支持枠９２とが接合する接着面にフ
リットガラスを塗布し、フェースプレート９６と支持枠
９２とリアプレート９１とを、所定の位置で合わせ、固
定し、加熱して焼成し封着する。

【００９８】また、焼成し封着する加熱手段は、赤外線
ランプ等を用いたランプ加熱、ホットプレート等、種々
のものが採用でき、これらに限定されるものではない。

【００９９】また、外囲器を構成する複数の部材を加熱
接着する接着材料は、フリットガラスに限るものではな
く、封着工程後、充分な真空雰囲気を形成できる材料で
あれば、種々の接着材料を採用することができる。

【０１００】上述した外囲器は、本発明の一実施態様で
あり、限定されるものではなく、種々のものが採用でき
る。

【０１０１】他の例として、基板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及び基板
８１で外囲器９８を構成しても良い。また、フェースプ
レート９６、リアプレート９１間に、スペーサーとよば
れる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対
して十分な強度をもつ外囲器９８を構成することもでき
る。

【０１０２】また、図８にフェースプレート９６に形成
された蛍光膜９４を模式図で示す。蛍光膜９４は、モノ
クロームの場合は蛍光体８５のみから構成することがで
きる。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８
６と蛍光体８５とから構成することができる。

【０１０３】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。

【０１０４】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膜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。

【０１０５】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。

【０１０６】本実施の形態においては、電子放出素子７
１の直上に電子ビームが到達するため、電子放出素子７
１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。

【０１０７】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。

【０１０８】真空封止工程は、外囲器（パネル）９８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９８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９８
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９８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９８内の
雰囲気を維持するものである。

【０１０９】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Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ，Ｄｏ
ｙ１〜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。

【０１１０】高圧端子９７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。

【０１１１】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。

【０１１２】図９はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて
表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図であ
る。

【０１１３】走査回路１３０２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Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍと電気的に接続される。

【０１１４】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。

【０１１５】直流電圧源Ｖｘは、電子放出素子の特性に
基づき設定されている。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】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、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変
調信号発生器１３０７に入力される。

【０１２０】変調信号発生器１３０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’ｎの各々に応じて本実施の形態の電子
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１３０１内の本実施の形態の電子放出素子
に印加される。

【０１２１】本素子にパルス状の電圧を印加する場合、
例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は
生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖ
ｍを変化させる事により出力電子ビームの強度を制御す
ることが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させ
ることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御
する事が可能である。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】シフトレジスタ１３０４やラインメモリ１
３０５は、デジタル信号式あるいはアナログ信号式のも
のを採用できる。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。

【０１２５】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。

【０１２６】パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器
１３０７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本実施の形
態の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。

【０１２７】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、必要に応じて本実施の形態の電子放出素子
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。

【０１２８】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついては、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこれに限
られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式など他、
これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、
ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用
できる。

【０１２９】また表示装置の他、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。

【０１３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

【０１３１】［実施例１］図１，４を用いて本発明の実
施例１に係る電子放出素子及びその製造方法の一例につ
いて説明する。

【０１３２】（工程１）まず、図４（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
タ法によりカソード電極２として厚さ８００ｎｍのＡｌ
を形成した。

【０１３３】次に、絶縁層３として厚さ６００ｎｍのＳ
ｉＯ₂、ゲート電極４ａとして厚さ１００ｎｍのＴａを
この順で堆積した。

【０１３４】（工程２）さらに、図４（ｂ）に示すよう
に、ゲート電極４ｂとして厚さ４００ｎｍのＴａをマス
クパターンを介して、部分的に形成した。

【０１３５】（工程３）次に、図４（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。

【０１３６】（工程４）図４（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
ａ、４ｂ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１μｍ、隣接素子との間隔ｗ２が５μｍ、幅Ｌ１が１
００μｍの開口を形成した。

【０１３７】（工程５）続いて図４（ｅ）に示すよう
に、プラズマＣＶＤ法でダイヤモンドライクカーボンの
電子放出層５を全面に１００ｎｍ程度堆積した。反応ガ
スはＣＨ₄ガスを用いた。

【０１３８】（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１の電子放出
素子を完成させた。

【０１３９】以上のようにして作製した電子放出素子
を、図１のように、Ｈ＝２ｍｍとして配置した。Ｖａ＝
１０ｋＶ、Ｖｇ＝１５Ｖとした。

【０１４０】ここで、比較例１として、第２ゲート電極
４ｂを積層せず、第１ゲート電極のみで形成した対称な
素子を作製し、同時に駆動を行った。

【０１４１】ここで、アノード電極７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、発光した蛍光体でのピ
ーク輝度の１０％の領域までのサイズとした。

【０１４２】その結果、電子放出量は、比較例、実施例
ともほとんど変わらなかった。ビーム径は、比較例１で
（ｘ、ｙ）＝（１８０μｍ、２２０μｍ）、本実施例で
（１２０μｍ、２２０μｍ）となり、ビーム径はｘ方向
に対しビーム径を小さくできた。

【０１４３】［実施例２］図１０に本発明の実施例２を
示す。本実施例は、実施例１の変形例であり、図１０に
おいて素子は平面図を示している。

【０１４４】本実施例では、スリットはｗ１＝１μｍ、
ｗ２＝５μｍ、Ｌ１＝３０μｍとし、ｘ方向に７個、ｙ
方向では、周辺部に１つずつ２個、それぞれ配置し、第
２のゲート電極４ｂをスリットを取り囲んで形成してい
る。本実施例ではｙ方向にも非対称性が構成されてい
る。

【０１４５】その結果、ビーム径は、（ｘ、ｙ）＝（１
８０μｍ、１８０μｍ）となり、ｙ方向にもビーム径が
縮まり、略円形のビームとなった。

【０１４６】［実施例３］図１１〜図１３に本発明の実
施例３を示す。図１１は平面図である。

【０１４７】本実施例は、実施例１のスリットが円形に
なり、リング状に配置された形状を有す電子放出部が、
５×５個で１素子に配置されている構成である。

【０１４８】１つの電子放出素子として、３×３個の電
子放出部が中央に配置され、それを取り囲むように１６
個の電子放出部が周辺部に配置されている。

【０１４９】図１２に本実施例の代表的な電子放出素子
の平面図を示した。図１２（ａ）は図１１に示す中央部
の素子１１１の平面図、図１２（ｂ）は図１１に示す周
辺部の素子１１２の平面図である。

【０１５０】両者とも、リングの孔幅ｗ１、内径ｗ３で
構成されている。

【０１５１】中央部の素子は、リングの一部に形成され
た接続部分で、リング内部のゲート電極４ａとリング外
側のゲート電極４ａとが接続されている。この接続部
は、リング内と同じ構成になっていても、別構成になっ
ていてもよい。接続方向は、１カ所でもそれ以上でもよ
い．また、接続部は絶縁層３、カソード電極２を貫くコ
ンタクトホールを介して、カソード電極２、層間絶縁層
（不図示）の下部で接続してもよい。この場合、接続部
はリングの一部に配置する必要はない。

【０１５２】また、中央部の素子１１１には、第２のゲ
ート電極４ｂが積層されていない。

【０１５３】周辺部の素子１１２は、中央部の素子１１
１と同様に接続部があるが、この接続部が中央部に向か
う方向で全面にわたって形成されている。

【０１５４】また、周辺部の素子１１２において周辺部
に向かう側には、第２のゲート電極４ｂが積層されてい
る。

【０１５５】本実施例での、電子軌道の模式図を図１３
に示した。図１３（ａ）は中央部の素子１１１の断面図
および電子軌道図、図１３（ｂ）は周辺部の素子１１２
の断面図および電子軌道図である。

【０１５６】中央部の素子は、対称構造であるため、電
子はｚ方向に放出され、ビームの広がりはｘ方向に対称
となる。

【０１５７】一方、周辺部の素子は非対称性により、電
子軌道が曲げられ、ビームの広がりが非対称となる。ま
た、その方向は、素子の配置される場所によって異なっ
ているが、すべて、電子ビームが中央部に向かうように
配置されている。

【０１５８】本実施例では、ｗ１を１μｍ、ｗ３を５μ
ｍとし、素子間間隔を１０μｍとしたところ、ビーム径
は、１９０μｍ×１９０μｍとなった。

【０１５９】［実施例４］図１４に本発明の実施例４を
示す。

【０１６０】本実施例は実施例３と同様の電子放出素子
を１素子の中で円状に配置した変形例である。

【０１６１】本実施例では、実施例３に比べ、ビームの
円形度が向上した。一方、電子放出素子の個数が少ない
ために、若干、変動率が大きくなった。

【０１６２】［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。図７は実施例１の素子
で作製した画像形成装置の構成図である。

【０１６３】実施例１の素子を１００×１００のＭＴＸ
状に配置した。素子は、横１５０μｍ、縦２５０μｍの
ピッチで配置した。素子上部には２ｍｍに距離を隔てた
位置に蛍光体を配置した。蛍光体には１０ｋＶの電圧を
印加した。また、駆動電圧はＶｇ＝１５Ｖとした。この
結果、高精細な画像形成装置が形成できた。

【０１６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子ビーム径のさらなる小径化を実現させるとともに、
製造プロセスが容易で、低電圧で高効率で安定した電子
放出が可能な電子放出素子を提供することが可能とな
る。

【０１６５】また、本発明による電子放出素子を用いる
と、画質が良好で高精細であって、性能の優れた電子源
及び画像形成装置が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の構成
を示す平面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る電子放出素子を示す
斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の電子
軌道を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造
方法の一例を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る電子源の一例を示す
図である。

【図６】本発明の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。

【図７】本発明の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。

【図８】本発明の実施の形態に係る画像形成装置におけ
る蛍光膜を示す図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の駆動
回路を示すブロック図である。

【図１０】本発明の実施例２を示す図である。

【図１１】本発明の実施例３を示す平面図である。

【図１２】本発明の実施例３を説明するための素子の図
である。

【図１３】本発明の実施例３の電子軌道を示す図であ
る。

【図１４】本発明の実施例４を示す図である。

【図１５】従来の電子放出素子を模式的に示した図であ
る。

【符号の説明】

１基板２カソード電極３絶縁層４ａ，４ｂゲート電極５電子放出層６駆動電源７アノード電極８高圧電源４１マスクパターン５４，６４，７１電子放出素子６１，８１電子源基板６２Ｘ方向配線６３Ｙ方向配線８５蛍光体８６黒色導電材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９８外囲器１１１中央部の電子放出部１１２周辺部の電子放出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面上に配置されたカソード電極
と、絶縁層を介して前記カソード電極上に配置されたゲート
電極と、を備え、前記カソード電極に電気的に接続された電子放
出層が複数設けられた電子放出素子において、前記電子放出層は、前記基板表面と実質的に平行な表面
を有しており、前記複数の電子放出層のうちの中央領域に存在する前記
電子放出層から放出される電子は、前記基板に対して略
垂直方向に向かって放出されるものであり、前記中央領域以外の領域に存在する前記電子放出層から
放出される電子を、前記基板に対して垂直方向から偏向
した方向へ放出させる偏向放出構造を備えることを特徴
とする電子放出素子。
【請求項２】前記偏向放出構造は、前記複数の電子放出
層から放出される電子を前記中央領域の上方に略一致し
て到達するように設けられることを特徴とする請求項１
に記載の電子放出素子。
【請求項３】前記偏向放出構造は、前記中央領域に存在
する電子放出層とは、独立して設けられていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素子。
【請求項４】前記偏向放出構造は、非対称的な構造で形
成されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の電
子放出素子。
【請求項５】前記カソード電極、前記絶縁層、前記ゲー
ト電極の順に前記基板上に積層され、該ゲート電極と該
絶縁層との一部領域が取り除かれた開口部を有し、該開
口部内に前記電子放出層が配されたことを特徴とする請
求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項６】前記開口部は、少なくとも前記絶縁層と前
記ゲート電極とで積層された側壁を有し、前記偏向放出構造とは、前記側壁に部分的に高さの異な
る領域が設けられた構造であることを特徴とする請求項
５に記載の電子放出素子。
【請求項７】基板の表面上に配置されたカソード電極
と、複数の開口部を有し、前記カソード電極上に配置された
絶縁層と、複数の開口部を有し、前記絶縁層上に配置されたゲート
電極と、を備え、前記絶縁層に設けられた開口部の各々と、前記ゲート電
極に設けられた開口部の各々とが連通しており、前記絶縁層に設けられた各々の前記開口部内に、前記カ
ソード電極と電気的に接続するように、前記基板表面に
対し実質的に平行な表面を有する電子放出層を有する電
子放出素子であって、前記ゲート電極の複数の開口部を囲むように、前記ゲー
ト電極の厚みが厚くなっていることを特徴とする電子放
出素子。
【請求項８】基板上に配置されたカソード電極と、絶縁層を介して前記カソード電極上に積層されるゲート
電極と、を備え、前記絶縁層と前記ゲート電極とを貫通し前記カソード電
極の一部領域を露出せしめる開口部内に設けられ、前記
カソード電極と電気的に接続された電子放出層が複数設
けられた電子放出素子において、前記開口部は、少なくとも前記絶縁層と前記ゲート電極
とで積層される側壁を有し、前記電子放出層のうちの中央領域において、前記側壁は
略同一の高さに設けられ、前記中央領域以外の領域において、前記側壁は部分的に
高さの異なる領域を備えることを特徴とする電子放出素
子。
【請求項９】前記中央領域以外の領域に位置する前記開
口部の側壁のうち、該中央領域側に位置する側壁の高さ
は、該中央領域から離間する方向に位置する側壁の高さ
よりも低く設けられることを特徴とする請求項６又は８
に記載の電子放出素子。
【請求項１０】前記開口部は、スリット状に設けられる
ことを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載
の電子放出素子。
【請求項１１】前記開口部は、リング状に設けられるこ
とを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載の
電子放出素子。
【請求項１２】前記リング状に設けられた前記開口部の
円弧状の一部領域は、閉じられていることを特徴とする
請求項１１に記載の電子放出素子。
【請求項１３】前記電子放出層が、炭素又は炭素化合物
を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１
項に記載の電子放出素子。
【請求項１４】前記炭素又は炭素化合物とは、ダイヤモ
ンド又は、ダイヤモンドライクカーボン又は、グラファ
イトを含むことを特徴とする請求項１３に記載の電子放
出素子。
【請求項１５】請求項１乃至１４のいずれか１項に記載
の電子放出素子を複数個接続したことを特徴とする電子
源。
【請求項１６】請求項１５に記載の電子源であって、前
記ゲート電極がゲート電極配線に接続され、前記カソー
ド電極がカソード配線に、マトリクス配線したことを特
徴とする電子源。
【請求項１７】請求項１５または１６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ることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１８】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１７に
記載の画像形成装置。