JP2003016917A - Electron emitting element, electron source and image forming device - Google Patents
Electron emitting element, electron source and image forming deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、電
子源、及び画像形成装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source and an image forming apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来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 Two types of conventional electron-emitting devices are known, which are a thermoelectron-emitting device and a cold cathode electron-emitting device. The cold cathode electron emission 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 emission device, and the like.
【０００３】FE型の例としてはＷ. Ｐ. Dyke ＆Ｗ. Ｗ.
Dolan，“Field Emission ”，Advance in Electron P
hysics，８，89（1956） や、C. A. Spindt, "PHYSICA
L Properties of thin-film field emission cathodes
with molybdenium cones",J. Appl. Phys., 47, 5248
(1976) 等が知られている。FE型の電子放出素子の中に
は、さまざまなタイプの電子放出素子があるが、１つの
画素内に複数の電子放出部を備える電子放出素子では、
いずれのタイプにおいても、同じ形状の電子放出部を配
置することによって、１つの画素を形成している。MIM
型の例としてはＣ. Ａ. Mead，“ Operation of Tunnel
- Emission Devices”，Ｊ. Apply. Phys. ，32，646
（1961 ）等に開示されたものが知られている。また、
最近の例では、Toshiaki. Kusunoki， “ Fluctuation
- free electron emission from non - formed metal -
insulator - metal (MIM) cathodes Fabricated by lo
w current Anodic oxidation ”，Jpn. J. Appl. Phy
s. vol. 32 (1993) pp. L1695，Mutsumi suzuki etal
“ An MIM-Cathode Array for Cathode luminescent Di
splays ”，IDW '96 ，(1996) pp．529等が研究されて
いる。An example of the FE type is W. P. Dyke & W. W.
Dolan, “Field Emission”, Advance in Electron P
hysics, 8, 89 (1956) and CA Spindt, "PHYSICA
L Properties of thin-film field emission cathodes
with molybdenium cones ", J. Appl. Phys., 47, 5248
(1976) are known. There are various types of electron-emitting devices in the FE type electron-emitting device, but in an electron-emitting device including a plurality of electron-emitting portions in one pixel,
In any of the types, one pixel is formed by arranging the electron emitting portions having the same shape. MIM
As an example of the type, CA Mead, “Operation of Tunnel
-Emission Devices ”, J. Apply. Phys., 32, 646
(1961) and the like are known. Also,
Recent examples include Toshiaki. Kusunoki, “Fluctuation
-free electron emission from non-formed metal-
insulator-metal (MIM) cathodes Fabricated by lo
w current Anodic oxidation ”, Jpn. J. Appl. Phy
s. vol. 32 (1993) pp. L1695, Mutsumi suzuki etal
"An MIM-Cathode Array for Cathode luminescent Di
splays ", IDW '96, (1996) pp. 529, etc. have been studied.
【０００４】表面伝導型の例としては、エリンソンの報
告（M．I．Elinson Radio Eng．Electron Phys. ， 10
（1965））に記載のもの等があり、この表面伝導型電子
放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面
に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象
を利用するものである。表面伝導型素子では、前記のエ
リソンの報告に記載のSnO2薄膜を用いたもの、Au薄膜を
用いたもの、（G．Dittmer．Thin Solid Films，9，317
（1972））、In2O3／SnO2薄膜によるもの（M．Hartwel
l and C．G．Fonstad，IEEE Trans．ED Conf．，519
（1983））等が報告されている。As an example of the surface conduction type, a report by Elinson (MI Elinson Radio Eng. Electron Phys., 10
(1965)), etc., and this surface conduction electron-emitting device has a phenomenon that electron emission occurs when a current is passed through a thin film of a small area formed on a substrate in parallel with the film surface. To use. In the surface conduction type element, one using the SnO 2 thin film described in Ellison's report, one using an Au thin film, (G. Dittmer. Thin Solid Films, 9, 317
(1972)), by In 2 O 3 / SnO 2 thin film (M. Hartwel
l and C. G. Fonstad, IEEE Trans. ED Conf. ， 519
(1983)) has been reported.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】電子放出素子をディス
プレイ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ことが必要である。そして低電圧
で駆動出来、製造し易いことが重要である。In order to apply the electron-emitting device to an image forming apparatus such as a display, it is necessary to have an emission current that causes the phosphor to emit light with sufficient brightness. Further, in order to increase the definition of the display, it is necessary that the diameter of the electron beam with which the phosphor is irradiated is small. It is important that it can be driven at a low voltage and is easy to manufacture.
【０００６】MIM型電子放出素子は、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
一般的であり、低消費電力化にはあまり好ましくない。The MIM type electron-emitting device has a structure in which an insulator is arranged between a lower electrode and an upper electrode, and a voltage is applied between both electrodes to extract electrons. A small electron beam diameter can be realized because the direction of the internal electric field coincides with the direction of the emitted electrons and the potential distribution on the emission surface is not distorted, but electron scattering occurs at the insulating layer and the upper electrode. It is generally inefficient, which is not very preferable for low power consumption.
【０００７】一方、FE型電子放出素子である、C. A. Sp
indt, "PHYSICAL Properties of thin-film field emis
sion cathodes with molybdenium cones", J. Appl. Ph
ys.,47, 5248 (1976) 等に開示された例では、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、電子を蛍光体に照射した
際の電子ビームの径が大きくなってしまう。また、均一
に素子を製造するのが困難なため、素子間での電子放出
特性が均一になり難い。さらに、この例では、1放出点
から電子が放出されるために、蛍光体を強く発光させる
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、素子の寿命を制限することになる。ま
た、真空中に存在するイオンがマイクロチップ先端を集
中的にスパッタし、素子の寿命を縮める事もある。On the other hand, CA Sp, which is an FE type electron-emitting device,
indt, "PHYSICAL Properties of thin-film field emis
sion cathodes with molybdenium cones ", J. Appl. Ph
In the example disclosed in ys., 47, 5248 (1976), a microchip is formed as an emission point, and an electron is generally emitted from the tip of the microchip. The diameter of the electron beam becomes large. Further, since it is difficult to uniformly manufacture the devices, it is difficult to make the electron emission characteristics uniform among the devices. Furthermore, in this example, since electrons are emitted from one emission point, increasing the emission current density in order to strongly emit light from the phosphor induces thermal destruction of the electron emission portion and limits the life of the device. Will be done. In addition, the ions existing in a vacuum may sputter the tip of the microchip intensively and shorten the life of the device.
【０００８】このようなFE型電子放出素子の欠点を克服
するために、個別の解決策として様々な例が提案されて
いる。In order to overcome the drawbacks of the FE type electron-emitting device, various examples have been proposed as individual solutions.
【０００９】電子ビームの広がりを防ぐ例としては、電
子放出部上方に収束電極を配置した例がある。この例で
は、放出された電子ビームを収束電極の負電位により絞
るのだが、製造工程がより複雑となってしまい、製造コ
ストの増大を招く。As an example of preventing the spread of the electron beam, there is an example in which a focusing electrode is arranged above the electron emitting portion. In this example, the emitted electron beam is focused by the negative potential of the converging electrode, but the manufacturing process becomes more complicated and the manufacturing cost increases.
【００１０】また、１つの画素内に複数の電子放出部及
び開口を有する例としては、特開平７−５７６６７号公
報に開示されたものがある。これは、各画素ごとに、電
子放出部の数や、開口面積等を変え、総電流量を均一に
するものであり、放出された電子のビームの広がりを抑
制するものではない。As an example of having a plurality of electron emitting portions and openings in one pixel, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-57667. This is to change the number of electron-emitting portions, the opening area, etc. for each pixel to make the total amount of current uniform, and does not suppress the spread of the emitted electron beam.
【００１１】電子ビームの広がりを小さくする別の例と
しては、特開平８−９６７０３号公報や特開平８−９６
７０４号公報等に開示されたものがある。As another example of reducing the spread of the electron beam, there are JP-A-8-96703 and JP-A-8-96.
There is one disclosed in Japanese Patent No. 704, etc.
【００１２】この例は、基板上にカソード電極と絶縁層
とゲート電極とをこの順に形成し、ゲート電極と絶縁層
とをそれぞれ貫通する開口が形成され、開口底部に平坦
な電子放出膜を形成する構成となっており、ゲート電極
にカソード電極よりも高い電圧を印加することによっ
て、電子が開口を通して放出される電子放出素子であ
り、開口内部に形成される等電位面が電子放出膜に平坦
となるため、アノードに到達した時の電子ビームの径が
小さくなると言うものである。In this example, a cathode electrode, an insulating layer and a gate electrode are formed in this order on a substrate, openings are formed respectively penetrating the gate electrode and the insulating layer, and a flat electron emission film is formed at the bottom of the opening. This is an electron-emitting device in which electrons are emitted through the opening when a voltage higher than that of the cathode electrode is applied to the gate electrode, and the equipotential surface formed inside the opening is flat on the electron-emitting film. Therefore, the diameter of the electron beam when it reaches the anode becomes smaller.
【００１３】この例では、電子放出膜として、低仕事関
数の材料を使用することにより、マイクロチップの様に
先端が尖った構成でなくても電子放出させることが可能
であると同時に、比較的製造し易い。また、電子放出膜
の表面全体から電子を放出させるため、チップの破壊等
の問題が起こらず、長寿命であると言う利点がある。In this example, by using a material having a low work function for the electron emission film, it is possible to emit electrons even if the tip is not sharp like the microchip, and at the same time, it is relatively Easy to manufacture. Further, since electrons are emitted from the entire surface of the electron emission film, there is an advantage that a problem such as chip breakage does not occur and the life is long.
【００１４】しかしながら、この方法で放出電流を増や
すために、放出面積を増やし、１つの画素内に複数の電
子放出部を設けるのは一般的であるが、１つの電子放出
部から放出された電子はある広がりを持ってアノードに
到達するため、放出面積を稼ぐために１つの画素により
多くの電子放出部を設けると、アノードに到達した時の
画素としての電子のビーム径が大きくなってしまい、高
精細化に反してしまう。一方、高精細化をするために
は、１つの画素を小さくすると、放出面積が小さくなっ
てしまい、放出電流が少なくなってしまう。この様に、
放出電流と放出面積の関係はトレードオフである。However, in order to increase the emission current by this method, it is common to increase the emission area and provide a plurality of electron emission portions in one pixel, but the electrons emitted from one electron emission portion are generally used. Since the electron reaches the anode with a certain spread, if more electron emitting portions are provided in one pixel in order to increase the emission area, the beam diameter of the electron as the pixel when reaching the anode increases, It goes against high definition. On the other hand, if one pixel is made small in order to achieve high definition, the emission area becomes small and the emission current becomes small. Like this
There is a trade-off between the emission current and the emission area.
【００１５】また、上記の例よりも、開口側壁での電子
の散乱を抑え、更に電子ビームの径も小さくする例が特
開平８−１１５６５４号公報や特開平１０−１２５２１
５号公報等に開示されている。Further, examples in which the scattering of electrons on the side wall of the opening is suppressed and the diameter of the electron beam is made smaller than those in the above examples are also disclosed in JP-A-8-115654 and JP-A-10-12521.
No. 5, for example.
【００１６】この例では、開口を形成する際に、カソー
ド電極をもある程度掘り込み、その上にその上表面が絶
縁層とカソード電極の界面よりも基板よりとなるように
電子放出膜を形成することによって、開口側壁での電子
の散乱を抑え、更に電子ビームの径も小さくしている。
しかし、上記の例よりも電子放出膜に電界がかかり難く
なるため、駆動電圧が上がってしまう。In this example, when the opening is formed, the cathode electrode is also dug to some extent, and the electron emission film is formed on the cathode electrode so that the upper surface of the cathode electrode is closer to the substrate than the interface between the insulating layer and the cathode electrode. As a result, the scattering of electrons on the side wall of the opening is suppressed and the diameter of the electron beam is reduced.
However, since the electric field is less likely to be applied to the electron emission film than in the above example, the driving voltage is increased.
【００１７】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、１つ
の画素の面積を小さく保ち、画素としての放出電子のビ
ーム径を小さく保ちつつ、且つ電子放出面積を大きくし
て、より大きな放出電流を得ることができ、低電圧で駆
動でき、且つ容易に製造し得る電子放出素子、電子源及
び画像形成装置を提供することにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to keep the area of one pixel small and to keep the beam diameter of the emitted electrons as a pixel small. It is another object of the present invention to provide an electron-emitting device, an electron source, and an image forming apparatus that can increase the electron emission area to obtain a larger emission current, can be driven at a low voltage, and can be easily manufactured.
【００１８】[0018]
【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、第一の基板及び第
二の基板が所要の間隔を保持して対向され、該第一の基
板上にカソード電極及びゲート電極を有する電子放出部
が配置され、該電子放出部から放出された電子が加速さ
れて、該第二の基板に照射される電子放出素子におい
て、１つの画素内に複数の前記電子放出部を有し、前記
電子放出部から放出される電子の前記第二の基板に到達
した時の広がり面積が、１つの画素内で異なることを特
徴とする電子放出素子。In order to achieve the above object, in the electron-emitting device of the present invention, the first substrate and the second substrate are opposed to each other with a required space therebetween. In an electron-emitting device in which an electron-emitting portion having a cathode electrode and a gate electrode is arranged on the substrate and the electrons emitted from the electron-emitting portion are accelerated to irradiate the second substrate An electron-emitting device having a plurality of electron-emitting portions in each of which a spread area of electrons emitted from the electron-emitting portions when reaching the second substrate is different in one pixel.
【００１９】１つの画素内において、画素中央部の前記
電子放出部から放出された電子の前記広がり面積が、画
素端部の前記電子放出部から放出された電子の前記広が
り面積よりも大きいことが好適である。In one pixel, the spreading area of the electrons emitted from the electron emitting portion at the central portion of the pixel is larger than the spreading area of the electrons emitted from the electron emitting portion at the end portion of the pixel. It is suitable.
【００２０】前記電子放出部が、基板上にカソード電極
と絶縁層とゲート電極とをこの順に有し、少なくとも前
記ゲート電極と前記絶縁層とをそれぞれ貫通する開口が
形成され、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に
電圧を印加することによって、電子が前記開口を通して
放出されるように構成されていることが好適である。The electron emitting portion has a cathode electrode, an insulating layer, and a gate electrode in this order on a substrate, and openings are formed to penetrate at least the gate electrode and the insulating layer, respectively, and the cathode electrode and the It is preferable that electrons are emitted through the opening by applying a voltage between the gate electrode and the gate electrode.
【００２１】１つの画素内において、画素中心部の前記
電子放出部の開口面積が、画素端部の前記電子放出部の
前記開口面積よりも大きいことが好適である。In one pixel, it is preferable that the opening area of the electron emitting portion at the center of the pixel is larger than the opening area of the electron emitting portion at the end of the pixel.
【００２２】１つの画素内において、画素中央部から画
素端部に向かうに従って、連続的もしくは不連続的に前
記電子放出部の前記開口面積が小さくなることが好適で
ある。In one pixel, it is preferable that the opening area of the electron emitting portion becomes smaller continuously or discontinuously from the central portion of the pixel toward the end portion of the pixel.
【００２３】１つの画素内において、画素の中心点を通
る線分に対して、前記電子放出部の前記開口が線対称に
配置されていることが好適である。In one pixel, it is preferable that the opening of the electron emitting portion is arranged in line symmetry with respect to a line segment passing through the center point of the pixel.
【００２４】１つの画素内において、画素の中心点を中
心として、前記電子放出部の前記開口が同心円状に配置
されていることが好適である。In one pixel, it is preferable that the openings of the electron emitting portions are concentrically arranged with a center point of the pixel as a center.
【００２５】前記開口が、円形、多角形、スリット形
状、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。It is preferable that the opening has a shape of any one of a circle, a polygon, a slit shape, a part of a circle, an ellipse and a part of an ellipse.
【００２６】前記電子放出部が、前記開口内に電子放出
膜を有することが好適である。It is preferable that the electron emitting portion has an electron emitting film in the opening.
【００２７】前記電子放出膜が薄膜であり、前記開口の
底部に陽極に略平行に配されていることが好適である。It is preferable that the electron emission film is a thin film and is arranged substantially parallel to the anode at the bottom of the opening.
【００２８】前記電子放出膜が炭素を含むことが好適で
ある。It is preferable that the electron emission film contains carbon.
【００２９】前記炭素が、ダイヤモンドライクカーボン
又はダイヤモンドのいずれかを含むことが好適である。It is preferable that the carbon contains either diamond-like carbon or diamond.
【００３０】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 of the present invention is characterized in that a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged in parallel and are connected to each other, and at least one line of the electron-emitting devices is provided. .
【００３１】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。There is at least one column of the electron-emitting devices in which a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged, and the low-potential supply wiring and the high-potential supply wiring for driving the electron-emitting devices are arranged in a matrix. It is characterized by being arranged.
【００３２】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。In the image forming apparatus of the present invention, the above-mentioned electron source and an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source are provided, and each electron of the electron source is formed by an information signal. It is characterized in that the amount of electrons of the emitting element is controlled.
【００３３】前記画像形成部材は、蛍光体であることが
好適である。The image forming member is preferably a phosphor.
【００３４】[0034]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be illustratively described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions of the components described in this embodiment,
Unless otherwise specified, the material, the shape, the relative arrangement, and the like are not intended to limit the scope of the present invention thereto.
【００３５】本実施の形態の電子放出素子の特徴は、第
一の基板上に１つの画素に対応して複数の電子放出部を
有し、且つ電子放出部から所定の距離を隔てて設けられ
電子放出部から放出される電子を引き出す第二の基板と
しての陽極とを有する電子放出素子において、１つの画
素内で、電子放出部から放出される電子の陽極に到達し
た時の広がり面積が異なる電子放出部を有することを特
徴とする。The feature of the electron-emitting device of this embodiment is that it has a plurality of electron-emitting portions corresponding to one pixel on the first substrate and is provided at a predetermined distance from the electron-emitting portions. In an electron-emitting device having an anode as a second substrate that draws out electrons emitted from the electron-emitting portion, the spread area of the electrons emitted from the electron-emitting portion when reaching the anode is different in one pixel. It is characterized by having an electron emitting portion.
【００３６】また、１つの画素内において、画素中央部
の電子放出部から放出された電子の広がり面積が、画素
端部の電子放出部から放出された電子の広がり面積より
も大きいことを特徴とする。Further, in one pixel, the spreading area of the electrons emitted from the electron emitting portion at the center of the pixel is larger than the spreading area of the electrons emitted from the electron emitting portion at the end of the pixel. To do.
【００３７】上記した本実施の形態の電子放出素子の構
成では、１つの画素に複数の電子放出部が存在する電子
放出素子において、画素端部の電子放出部から放出され
た電子のビーム径が画素中央部の電子放出部から放出さ
れた電子のビーム径よりも小さいため、画素としてのビ
ーム径を小さく保つことができる。これは、画素中央部
の電子放出部から放出された電子のビーム径が、画素と
してのビーム径よりも小さければ、画素としてのビーム
径には影響を及ぼさないためである。In the structure of the electron-emitting device of the present embodiment described above, in the electron-emitting device having a plurality of electron-emitting portions in one pixel, the beam diameter of the electrons emitted from the electron-emitting portion at the pixel end is Since it is smaller than the beam diameter of the electron emitted from the electron emitting portion in the central portion of the pixel, the beam diameter of the pixel can be kept small. This is because if the beam diameter of the electrons emitted from the electron emitting portion at the central portion of the pixel is smaller than the beam diameter of the pixel, the beam diameter of the pixel is not affected.
【００３８】また、本実施の形態の電子放出素子の特徴
は、電子放出部が、基板上に下層のカソード電極と絶縁
層と上層のゲート電極とをこの順に有し、少なくともゲ
ート電極と絶縁層とをそれぞれ貫通する開口が形成さ
れ、カソード電極とゲート電極との間に電圧を印加する
ことによって、電子が開口を通して放出されるように構
成されている電子放出素子である。Further, the electron-emitting device of this embodiment is characterized in that the electron-emitting portion has a lower cathode electrode, an insulating layer, and an upper gate electrode in this order on the substrate, and at least the gate electrode and the insulating layer. Is an electron-emitting device configured such that an opening penetrating each of and is formed and electrons are emitted through the opening by applying a voltage between the cathode electrode and the gate electrode.
【００３９】また、１つの画素において、画素中心部の
電子放出部の開口面積が画素端部の電子放出部の開口面
積よりも大きいことを特徴とする。Further, in one pixel, the opening area of the electron emitting portion at the center of the pixel is larger than the opening area of the electron emitting portion at the end of the pixel.
【００４０】上記した本実施の形態の電子放出素子の構
成では、電子放出部が開口を有し、開口を通して電子放
出される電子放出素子であり、画素中央部の電子放出部
の開口面積が、画素端部の電子放出部の開口面積よりも
大きいため、画素としての電子のビーム径を小さく保ち
つつ、電子放出面積を大きくすることができる。これ
は、画素中央部の開口が大きい電子放出部から放出され
た電子のビーム径は大きいが、それが画素としてのビー
ム径よりも小さければ、画素としてのビーム径には影響
を及ぼさない。このため、その範囲で画素中央部の開口
面積を大きくすることによって、同じ画素面積でより大
きい電子放出面積を得ることができるため、放出電流が
大きくなると同時に、画素欠陥を低減することができ
る。In the above-described structure of the electron-emitting device of the present embodiment, the electron-emitting portion has an opening, and the electron-emitting device emits electrons through the opening. Since it is larger than the opening area of the electron emitting portion at the pixel end, it is possible to increase the electron emitting area while keeping the electron beam diameter as a pixel small. This is because the beam diameter of the electron emitted from the electron emitting portion having a large aperture in the central portion of the pixel is large, but if the beam diameter is smaller than the beam diameter of the pixel, it does not affect the beam diameter of the pixel. Therefore, a larger electron emission area can be obtained in the same pixel area by increasing the opening area in the central portion of the pixel within that range, so that the emission current increases and the pixel defect can be reduced.
【００４１】ここで、１つの画素内において、画素の中
心点を通る線分に対して、電子放出部の開口が線対称に
配置されていたり、画素の中心点を中心として、電子放
出部の開口が同心円状に配置されていたりしても良い。Here, in one pixel, the opening of the electron emitting portion is arranged in line symmetry with respect to the line segment passing through the center point of the pixel, or the electron emitting portion of the electron emitting portion is centered around the center point of the pixel. The openings may be arranged concentrically.
【００４２】図１は本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り、図２及び図３は電子放出
部の一例の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic plan view showing the structure of an electron-emitting device according to this embodiment, and FIGS. 2 and 3 are schematic cross-sectional views of an example of an electron-emitting portion.
【００４３】図１、図２及び図３において、１０は電子
放出部、１１は基板、１２はカソード電極、１３は絶縁
層、１４はゲート電極、１５は電子放出膜、Ｗは開口径
である。1, 2 and 3, 10 is an electron emitting portion, 11 is a substrate, 12 is a cathode electrode, 13 is an insulating layer, 14 is a gate electrode, 15 is an electron emitting film, and W is an opening diameter. .
【００４４】開口径Ｗは、素子を構成する材料や電子放
出膜１５の材料の仕事関数、駆動させる時の電圧や必要
とする放出電子ビームの形状等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。また、開
口径Ｗは、１つの画素内で、大きさが異なっていても良
いし、同じであっても良い。また、電子放出素子を形成
している各材料の厚さや幅は、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。The aperture diameter W is appropriately set according to the work function of the material forming the device and the material of the electron emission film 15, the voltage for driving, the required shape of the emitted electron beam, and the like.
Usually, it is set in the range of several tens nm to several tens μm, and preferably selected in the range of several hundreds nm to several μm. Further, the opening diameter W may be different or the same in size within one pixel. Further, the thickness and width of each material forming the electron-emitting device can be arbitrarily selected to be suitable values depending on the intended use.
【００４５】図２は、基板１１上にカソード電極１２と
ゲート電極１４が絶縁層１３を介して積層され、ゲート
電極１４及び絶縁層１３をそれぞれ貫通する開口が形成
されており、この開口内に電子放出膜１５が設けられて
いる電子放出部である。ゲート電極１４にカソード電極
１２よりも高い電圧を印加することによって、電子放出
膜１５から電子を放出させる。In FIG. 2, the cathode electrode 12 and the gate electrode 14 are laminated on the substrate 11 with the insulating layer 13 interposed therebetween, and openings are formed so as to penetrate the gate electrode 14 and the insulating layer 13, respectively. This is an electron emitting portion provided with the electron emitting film 15. Electrons are emitted from the electron emission film 15 by applying a voltage higher than that of the cathode electrode 12 to the gate electrode 14.
【００４６】この時、開口内部に形成される等電位面が
電子放出膜に略平坦となるが、電子放出膜１５の厚さに
依存して凸型となるため、放出された電子は、開口から
出た後、ビーム径が広がる方向に向かう。そのため、開
口面積が大きくなるほど、ビーム径は大きくなってしま
う。At this time, the equipotential surface formed inside the opening becomes substantially flat on the electron emission film, but since it becomes a convex shape depending on the thickness of the electron emission film 15, the emitted electrons are emitted from the opening. After exiting, the direction of the beam diameter spreads. Therefore, the larger the opening area, the larger the beam diameter.
【００４７】図３は、図２とは異なる電子放出部の例
で、基板１１上にカソード電極１２とゲート電極１４が
絶縁層１３を介して積層され、ゲート電極１４及び絶縁
層１３をそれぞれ貫通すると共に、カソード電極１２が
段差を有して掘り込まれており、電子放出膜１５がこの
開口内の底に、その表面がカソード電極１２と絶縁層１
３の接合面よりも深い位置にある様に設けられている電
子放出部である。ゲート電極１４にカソード電極１２よ
りも高い電圧を印加することによって、電子放出膜１５
から電子を放出させる。この時、開口内に形成される等
電位面はカソード電極１２の掘り込み形状や深さ等に依
存して凹型となり、アノードに到達した時の電子のビー
ム径も小さくなる。しかし、図２の例と比べ、同じ絶縁
層膜厚及び同じ駆動電圧下では、電子放出膜１５にかか
る電界強度が弱くなってしまうため、放出電流が低くな
ってしまう。FIG. 3 shows an example of an electron emitting portion different from that of FIG. 2, in which a cathode electrode 12 and a gate electrode 14 are laminated on a substrate 11 with an insulating layer 13 interposed therebetween, and the gate electrode 14 and the insulating layer 13 are penetrated respectively. At the same time, the cathode electrode 12 is dug with a step, the electron emission film 15 is at the bottom of the opening, and the surface thereof is the cathode electrode 12 and the insulating layer 1.
3 is an electron emission portion provided so as to be deeper than the junction surface of No. 3. By applying a voltage higher than that of the cathode electrode 12 to the gate electrode 14, the electron emission film 15
Emits an electron from. At this time, the equipotential surface formed in the opening has a concave shape depending on the dug shape and depth of the cathode electrode 12, and the electron beam diameter when reaching the anode is also small. However, as compared with the example of FIG. 2, under the same insulating layer film thickness and the same driving voltage, the electric field strength applied to the electron emission film 15 becomes weak, and the emission current becomes low.
【００４８】図４は、本実施の形態の電子放出素子から
電子を放出させた時の概略図である。ここで１９は第二
の基板である陽極としてのアノードであり、２０はアノ
ードに到達した電子の広がり面積である。１つの画素の
中央部の電子放出部１０から放出された電子のアノード
１９に到達した時の広がり面積２０が、画素の端部の電
子放出部１０から放出された電子のよりも大きい。FIG. 4 is a schematic diagram when electrons are emitted from the electron-emitting device of this embodiment. Here, 19 is an anode as an anode that is the second substrate, and 20 is a spread area of electrons reaching the anode. The spread area 20 of the electrons emitted from the electron emitting portion 10 at the central portion of one pixel when reaching the anode 19 is larger than that of the electrons emitted from the electron emitting portion 10 at the end portion of the pixel.
【００４９】画素中央部の電子放出部１０から放出され
た電子のビーム径が、画素としてのビーム径よりも小さ
ければ、画素としてのビーム径には影響を及ぼさないた
め、画素中央部の電子放出部１０から放出された電子の
ビーム径は大きくても構わない。したがって、電子ビー
ムの径が大きくても、放出電流が大きい電子放出部を画
素の中心部に配置することによって、画素としてのビー
ム径を小さく保ちつつ、放出電流を大きくすることが可
能となる。If the beam diameter of the electrons emitted from the electron emitting portion 10 in the central portion of the pixel is smaller than the beam diameter of the pixel, it does not affect the beam diameter of the pixel. The beam diameter of the electrons emitted from the portion 10 may be large. Therefore, even if the diameter of the electron beam is large, it is possible to increase the emission current while keeping the beam diameter of the pixel small by arranging the electron emitting portion having a large emission current in the central portion of the pixel.
【００５０】その手段としては特に限定されず、例え
ば、図２に示す電子放出部を画素中心部に配置し、図３
に示す電子放出部を画素端部に配置する電子放出素子
や、図２や図３に示す電子放出部を画素中央部では開口
面積を大きく、画素端部では開口面積を小さくして配置
する電子放出素子、または図１８に示すような、ゲート
電極１４が絶縁層１３を介してカソード電極１２の下部
に存在させると共に、電子放出部を画素中央部では幅を
広く、画素端部では幅を狭くして配置する電子放出素子
等が挙げられる。The means is not particularly limited, and for example, the electron emitting portion shown in FIG.
The electron-emitting device in which the electron-emitting portion shown in FIG. 2 is arranged at the pixel end portion, or the electron-emitting portion shown in FIGS. The emission element or the gate electrode 14 as shown in FIG. 18 is present under the cathode electrode 12 via the insulating layer 13, and the electron emission portion has a wide width in the central portion of the pixel and a narrow width in the end portion of the pixel. An electron-emitting device or the like to be arranged in this manner can be used.
【００５１】図５は、本実施の形態の電子放出素子の１
例から電子を放出させる時の駆動を示す概略断面図であ
る。ここでＶａはカソード電極１２とアノード１９との
電位差、Ｖｂはゲート電極１４とカソード電極１２との
電位差、Ｄ１はゲート電極１４とアノード１９との距離
である。FIG. 5 shows one of the electron-emitting devices of this embodiment.
It is a schematic sectional drawing which shows the drive when making an electron emit from an example. Here, Va is the potential difference between the cathode electrode 12 and the anode 19, Vb is the potential difference between the gate electrode 14 and the cathode electrode 12, and D1 is the distance between the gate electrode 14 and the anode 19.
【００５２】Ｖｂによって形成された電界によって電子
放出膜１５から放出された電子は、Ｖａによってアノー
ド１９に引きつけられる。The electrons emitted from the electron emission film 15 by the electric field formed by Vb are attracted to the anode 19 by Va.
【００５３】以上述べた本発明の電子放出素子につい
て、更に好ましい実施の形態を挙げて詳述する。図６は
本実施の形態の電子放出素子の電子放出部の例である概
略断面図が図２に示される電子放出部の製造方法の一例
を示した図である。The electron-emitting device of the present invention described above will be described in detail with reference to further preferred embodiments. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the electron emitting portion of the electron emitting device according to the present embodiment, which shows an example of a method for manufacturing the electron emitting portion.
【００５４】まず、図６（ａ）に示すように、基板１１
上に、カソード電極１２、絶縁層１３及びゲート電極１
４を順に積層する。First, as shown in FIG. 6A, the substrate 11
On top, the cathode electrode 12, the insulating layer 13, and the gate electrode 1
4 are laminated in order.
【００５５】具体的には、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１１として用い、
基板１１上にカソード電極１２を積層する。Specifically, the surface of which is thoroughly washed in advance, quartz glass, glass with a reduced content of impurities such as Na, soda lime glass, silicon substrate, etc., laminated with SiO 2 by a sputtering method or the like. Body, or one of the insulating substrates of ceramics such as alumina is used as the substrate 11,
The cathode electrode 12 is laminated on the substrate 11.
【００５６】カソード電極１２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１２のラインの材料は、例えば、Be、Mg、Ti、Zr、
Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等
の金属または合金材料、TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC
等の炭化物、HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等の
硼化物、TiN、ZrN、HfN等の窒化物、Si、Ge等の半導
体、有機高分子材料等から適宜選択される。カソード電
極１２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 cathode electrode 12 generally has conductivity, and a general vacuum film forming technique such as a vapor deposition method or a sputtering method,
It is formed by a photolithography technique. The material of the line of the cathode electrode 12 is, for example, Be, Mg, Ti, Zr,
Metal or alloy material such as Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC
Carbide such as HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 , CeB 6 , YB 4 , GdB 4 and other borides, TiN, ZrN, HfN and other nitrides, Si, Ge and other semiconductors, organic polymer materials, etc. To be selected. The thickness of the cathode electrode 12 is set in the range of several tens nm to several mm, and is preferably selected in the range of several hundreds nm to several μm.
【００５７】次に、カソード電極１２、続いて絶縁層１
３を堆積する。Next, the cathode electrode 12 and then the insulating layer 1 are formed.
3 is deposited.
【００５８】絶縁層１３は、スパッタ法、CVD（Chemica
l Vapor Deposition）法、蒸着法等の一般的な真空成膜
法により形成され、その厚さとしては、数ｎｍから数μ
ｍの範囲で設定され、好ましくは数十ｎｍから数百ｎｍ
の範囲から選択される。望ましい材料としてはSiO2、Si
N、Al2O3、Ta2O5、CaFなどの高電界に耐えられる耐圧の
高い材料が望ましい。The insulating layer 13 is formed by sputtering, CVD (Chemica).
l Vapor Deposition) method, vapor deposition method and other general vacuum film formation methods, and the thickness is from several nm to several μm.
It is set in the range of m, preferably several tens nm to several hundreds nm
Selected from the range of. Preferred materials are SiO 2 and Si
A material having a high breakdown voltage capable of withstanding a high electric field such as N, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and CaF is desirable.
【００５９】更に、絶縁層１３に続き、ゲート電極１４
を堆積する。Further, following the insulating layer 13, the gate electrode 14
Deposit.
【００６０】ゲート電極１４は、カソード電極１２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。ゲート電極１４の材料は、例えば、Be、Mg、T
i、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、P
t、Pd等の金属または合金材料、TiC、ZrC、HfC、TaC、S
iC、WC等の炭化物、HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB
4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。ゲート電
極１４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 gate electrode 14 has conductivity like the cathode electrode 12, and is formed by a general vacuum film forming technique such as a vapor deposition method and a sputtering method, and a photolithography technique. The material of the gate electrode 14 is, for example, Be, Mg, T
i, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, P
Metal or alloy material such as t, Pd, TiC, ZrC, HfC, TaC, S
Carbide such as iC, WC, HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 , CeB 6 , YB 4 , GdB
It is appropriately selected from borides such as 4 ; nitrides such as TiN, ZrN and HfN; semiconductors such as Si and Ge; and organic polymer materials. The thickness of the gate electrode 14 is set in the range of several nm to several tens μm, and preferably selected in the range of several tens nm to several μm.
【００６１】なお、カソード電極１２及びゲート電極１
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 12 and the gate electrode 1
4 may be the same material or different materials, and may be the same forming method or different methods.
【００６２】次に、図６（ｂ）に示すように、ゲート電
極１４上に、フォトリソグラフィー技術によってマスク
パターン１７を形成する。マスクパターン１７は、次工
程で開口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. 6B, a mask pattern 17 is formed on the gate electrode 14 by a photolithography technique. The mask pattern 17 is formed except a portion which is etched to form an opening in the next process.
【００６３】そして、図６（ｃ）に示すように、絶縁層
１３及びゲート電極１４を貫通する開口を形成する。Then, as shown in FIG. 6C, an opening penetrating the insulating layer 13 and the gate electrode 14 is formed.
【００６４】開口の形成はエッチングによって行われ、
本エッチング工程は、カソード電極１２上で停止しても
良いし、カソード電極１２を削っても良い。本エッチン
グ方法は、エッチング対象である絶縁層１３とゲート電
極１４及びカソード電極１２の材料に応じて選択すれば
良い。The opening is formed by etching,
This etching process may be stopped on the cathode electrode 12, or the cathode electrode 12 may be removed. The present etching method may be selected according to the materials of the insulating layer 13, the gate electrode 14 and the cathode electrode 12 which are the objects of etching.
【００６５】続いて、図６（ｄ）に示すように、電子放
出膜１５を堆積する。Subsequently, as shown in FIG. 6D, the electron emission film 15 is deposited.
【００６６】電子放出膜１５はCVD法、蒸着法、スパッ
タ法等の一般的真空成膜技術により形成される。電子放
出膜１５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、アモルファスカーボン、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。電子放出膜１５の膜厚としては、数ｎ
ｍから数μｍの範囲で設定され、好ましくは数ｎｍから
数百ｎｍの範囲で選択される。The electron emission film 15 is formed by a general vacuum film forming technique such as a CVD method, a vapor deposition method, a sputtering method or the like. The material of the electron emission film 15 is appropriately selected from, for example, graphite, fullerene, carbon nanotube, amorphous carbon, diamond-like carbon, carbon in which diamond is dispersed, and carbon compound. A diamond thin film having a low work function, diamond-like carbon, etc. are preferable. The thickness of the electron emission film 15 is several n
It is set in the range of m to several μm, and is preferably selected in the range of several nm to several hundred nm.
【００６７】最後に、図６（ｅ）に示すように、マスク
パターン１７を除去し、電子放出部が形成され電子放出
素子が完成する。Finally, as shown in FIG. 6 (e), the mask pattern 17 is removed to form an electron emitting portion and the electron emitting device is completed.
【００６８】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の電子放出部
は、開口の形状を円形としているが、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。また、１つの
画素内に、形状の異なる開口が混在していても構わな
い。It should be noted that FIG. 1 which has been described as an example so far
In the electron-emitting portion of the electron-emitting device according to the present embodiment shown in FIG. 3, the shape of the opening is circular, but any of a polygon, a slit shape, a circle, a part of a circle, an ellipse, and a part of an ellipse. It only has to be a kind of shape. Moreover, openings having different shapes may be mixed in one pixel.
【００６９】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 to which the electron-emitting device according to this embodiment is applied 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.
【００７０】図９を用いて、本実施の形態の電子放出素
子を複数配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 of this embodiment will be described with reference to FIG.
【００７１】９１は電子源基体、９２はＸ方向配線、９
３はＹ方向配線、９４は本実施の形態の電子放出素子、
９５は結線である。91 is an electron source substrate, 92 is an X-direction wiring, 9
3 is the Y-direction wiring, 94 is the electron-emitting device of the present embodiment,
95 is a connection.
【００７２】Ｘ方向配線９２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。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。
Ｙ方向配線９３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎのｎ本の
配線から成り、Ｘ方向配線９２と同様に形成される。The X-direction wiring 92 includes Dx1, Dx2, ... D.
It can be formed of a conductive metal or the like formed of m wirings of xm and formed by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. The wiring material, film thickness, and width are appropriately designed.
The Y-direction wiring 93 is composed of n wirings Dy1, Dy2, ... Dyn, and is formed similarly to the X-direction wiring 92.
【００７３】これらｍ本のＸ方向配線９２とｎ本のＹ方
向配線９３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。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-direction wirings 92 and the n Y-direction wirings 93 to electrically isolate the two. Here, both m and n are positive integers.
【００７４】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９２を
形成した基体９１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９２とＹ方向配線９３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９２とＹ方向配線９３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 composed of SiO 2 or the like formed by a vacuum vapor deposition method, a printing method, a sputtering method or the like. The interlayer insulating layer (not shown) is formed in a desired shape, for example, on the entire surface of the base 91 on which the X-direction wiring 92 is formed, or a part thereof, and particularly in the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 92 and the Y-direction wiring 93. The film thickness, the material and the manufacturing method are appropriately set so as to withstand. The X-direction wiring 92 and the Y-direction wiring 93 are drawn out as external terminals.
【００７５】電子放出素子９４を構成する一対の電極層
（不図示（カソード電極１２及びゲート電極１４であ
る））は、ｍ本のＸ方向配線９２及びｎ本のＹ方向配線
９３と導電性金属等から成る結線９５によって電気的に
接続されている。The pair of electrode layers (not shown (the cathode electrode 12 and the gate electrode 14)) constituting the electron-emitting device 94 are composed of m X-direction wirings 92 and n Y-direction wirings 93 and a conductive metal. They are electrically connected by a connection line 95 made up of the like.
【００７６】Ｘ方向配線９２、Ｙ方向配線９３、結線９
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 92, Y-direction wiring 93, connection 9
The materials forming 5 and the pair of device electrodes may be the same or different in some or all of their constituent elements.
【００７７】これらの材料は、例えば、前述の電子放出
素子９４の素子電極であるカソード電極１２及びゲート
電極１４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, for example, from the materials of the cathode electrode 12 and the gate electrode 14 which are the device electrodes of the electron emitting device 94 described above. When the material forming the element electrode and the wiring material are the same, the wiring connected to the element electrode can also be referred to as an element electrode. Further, the element electrode can be used as a wiring electrode.
【００７８】Ｘ方向配線９２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子９４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９３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子９４
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９４に印
加される駆動電圧は、当該電子放出素子９４に印加され
る走査信号と変調信号の差電圧として供給される。A scan signal applying means (not shown) for applying a scan signal for selecting a row of the electron-emitting devices 94 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 92. On the other hand, Y
The directional wirings 93 include electron-emitting devices 94 arranged in the Y direction.
A modulation signal generating means (not shown) is connected to modulate each of the columns in accordance with the input signal. The drive voltage applied to each electron-emitting device 94 is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the electron-emitting device 94.
【００７９】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の電子放出素子９４を選択し、独立に
駆動可能とすることができる。In the above structure, individual electron-emitting devices 94 can be selected and driven independently by using simple matrix wiring.
【００８０】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１０を用いて
説明する。図１０は、画像形成装置の表示パネルの一例
を示す模式図である。An image forming apparatus constructed by using an electron source having such a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a display panel of the image forming apparatus.
【００８１】９１は電子放出素子を複数配した電子源基
体、１０１は電子源基体９１を固定したリアプレート、
１０６はガラス基体１０３の内面に画像形成部材である
蛍光体としての蛍光膜１０４とメタルバック１０５等が
形成されたフェースプレートである。Reference numeral 91 is an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged, 101 is a rear plate on which the electron source substrate 91 is fixed,
Reference numeral 106 denotes a face plate in which a glass substrate 103 has an inner surface on which a fluorescent film 104 as a fluorescent material which is an image forming member, a metal back 105 and the like are formed.
【００８２】１０２は支持枠であり、支持枠１０２に
は、リアプレート１０１、フェースプレート１０６がフ
リットガラス等を用いて接続されている。Reference numeral 102 denotes a support frame, and the rear plate 101 and the face plate 106 are connected to the support frame 102 by using frit glass or the like.
【００８３】１０７は外囲器であり、例えば、大気中あ
るいは窒素中で、４００〜５００度の温度範囲で１０分
以上焼成することで、封着して構成される。Reference numeral 107 denotes an envelope, which is formed by sealing by firing in the air or nitrogen in the temperature range of 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more.
【００８４】なお、リアプレート１０１は主に基体９１
の強度を補強する目的で設けられるため、基体９１自体
で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート１０１
は不要とすることができる。即ち、基体９１に直接支持
枠１０２を封着し、フェースプレート１０６、支持枠１
０２及び基体９１で外囲器１０７を構成しても良い。The rear plate 101 is mainly composed of the base 91.
It is provided for the purpose of reinforcing the strength of the rear plate 101.
Can be unnecessary. That is, the support frame 102 is directly sealed to the base body 91, and the face plate 106 and the support frame 1 are attached.
You may comprise the envelope 107 with 02 and the base | substrate 91.
【００８５】一方、フェースプレート１０６、リアプレ
ート１０１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１０７を構成することもできる。On the other hand, by installing a support member (not shown) called a spacer between the face plate 106 and the rear plate 101, the envelope 107 having sufficient strength against atmospheric pressure can be constructed. .
【００８６】なお、本実施の形態の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９４上部に蛍光体（蛍光膜１０４）をアライ
メントして配置する。In the image forming apparatus using the electron-emitting device of the present embodiment, the fluorescent substance (fluorescent film 104) is aligned and arranged on the electron-emitting device 94 in consideration of the emitted electron trajectory.
【００８７】図１１は、本件のパネルに使用した蛍光膜
１０４を示す模式図である。カラーの蛍光膜の場合は、
蛍光体１１２の配列により図１１（ａ）に示すブラック
ストライプ又は図１１（ｂ）に示すブラックマトリクス
と呼ばれる黒色導電材１１１と蛍光体１１２とから蛍光
膜１０４を構成した。FIG. 11 is a schematic view showing the fluorescent film 104 used in the panel of the present case. In case of color fluorescent film,
A phosphor film 104 is composed of a black conductive material 111 called a black stripe shown in FIG. 11A or a black matrix shown in FIG. 11B and a phosphor 112 by the arrangement of the phosphors 112.
【００８８】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
ー等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成され
た光プリンターとしての画像形成装置等としても用いる
ことができる。The image forming apparatus as described above is used as an image forming apparatus as an optical printer constituted by using a photosensitive drum or the like, in addition to a display apparatus for television broadcasting, a display apparatus such as a video conference system or a computer. Can also be used.
【００８９】[0089]
【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 in detail below.
【００９０】［実施例１］図１に本実施例により作製し
た電子放出素子の概略平面図、図７に図１におけるＡ−
Ａ’線での断面図の一例、及び図８に本実施例の電子放
出素子の製造方法の一例を示す。以下に、本実施例の電
子放出素子の製造工程を詳細に説明する。[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic plan view of an electron-emitting device manufactured according to this embodiment, and FIG.
An example of a cross-sectional view taken along the line A ′ and FIG. 8 show an example of a method for manufacturing the electron-emitting device of this example. The manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment will be described in detail below.
【００９１】（工程１）まず、図８（ａ）に示すよう
に、基板１１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１１上に、カソード電極１２として
厚さ１μｍのTiを積層した。続いて、スパッタ法によ
り、絶縁層１３として厚さ１μｍのSiN、ゲート電極１
４として厚さ１００ｎｍのTaをこの順で堆積した。(Step 1) First, as shown in FIG. 8A, a substrate 11 is made of quartz and sufficiently washed, and then a cathode electrode 12 having a thickness of 1 μm is formed on the substrate 11 by a sputtering method. Ti was laminated. Subsequently, by a sputtering method, SiN having a thickness of 1 μm as the insulating layer 13 and the gate electrode 1
As No. 4, Ta having a thickness of 100 nm was deposited in this order.
【００９２】（工程２）次に、図８（ｂ）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、現像し、マスクパ
ターン１７を形成した。(Step 2) Next, as shown in FIG. 8B, spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / Clariant), exposure and development of a photomask pattern are performed by photolithography, and a mask pattern is obtained. Formed 17.
【００９３】マスクパターン１７は、次工程で開口を形
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 17 is formed except for a portion which is dry-etched to form an opening in the next step.
【００９４】（工程３）そして、図８（ｃ）に示すよう
に、マスクパターン１７をマスクとして、Cl2、CF4、CH
F3、Ar及びO2ガスを用いて、絶縁層１３及びゲート電極
１４をドライエッチングし、カソード電極１２でエッチ
ングを停止させ、絶縁層１３及びゲート電極１４を貫通
する開口を形成した。本実施例では、開口は円形で、そ
の開口径Ｗは２μｍとした。(Step 3) Then, as shown in FIG. 8C, Cl 2 , CF 4 , CH is used with the mask pattern 17 as a mask.
The insulating layer 13 and the gate electrode 14 were dry-etched using F 3 , Ar, and O 2 gas, the etching was stopped at the cathode electrode 12, and an opening penetrating the insulating layer 13 and the gate electrode 14 was formed. In this embodiment, the opening is circular and the opening diameter W is 2 μm.
【００９５】（工程４）次に、図８（ｄ）に示すよう
に、マスクパターン１７を完全に除去した。(Step 4) Next, as shown in FIG. 8D, the mask pattern 17 was completely removed.
【００９６】（工程５）続いて、図８（ｅ）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、現像し、マスクパ
ターン１８を形成した。(Step 5) Subsequently, as shown in FIG. 8 (e), spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / Clariant) and exposure and development of a photomask pattern are performed by photolithography to form a mask pattern. 18 was formed.
【００９７】マスクパターン１８は、次工程で開口を形
成するためにウェットエッチングされる部分を除いて形
成される。The mask pattern 18 is formed except for a portion which is wet-etched to form an opening in the next step.
【００９８】（工程６）続いて、図８（ｆ）に示すよう
に、フッ酸によってカソード電極１２を１００ｎｍ程度
ウェットエッチングした。(Step 6) Subsequently, as shown in FIG. 8F, the cathode electrode 12 was wet-etched with hydrofluoric acid to a thickness of about 100 nm.
【００９９】（工程７）次に、図８（ｇ）に示すよう
に、マスクパターン１８を完全に除去した。(Step 7) Next, as shown in FIG. 8G, the mask pattern 18 was completely removed.
【０１００】（工程８）次に、CVD法により、図８
（ｈ）に示すように、電子放出膜１５として、ダイヤモ
ンドライクカーボン膜を開口の底面に５０ｎｍ程度堆積
した。反応ガスは、CH4とH2とN2の混合ガスを用いた。(Step 8) Next, as shown in FIG.
As shown in (h), a diamond-like carbon film was deposited as the electron emission film 15 on the bottom surface of the opening by about 50 nm. As the reaction gas, a mixed gas of CH 4 , H 2 and N 2 was used.
【０１０１】（工程９）最後に、CMP（Chemical Mechan
ical Polishing）法によってゲート電極１４の表面に堆
積した電子放出膜１５を完全に除去し、図８（ｉ）に示
すような本実施例の電子放出素子を完成させた。(Step 9) Finally, CMP (Chemical Mechanical)
The electron emission film 15 deposited on the surface of the gate electrode 14 was completely removed by the ical polishing) method to complete the electron emission device of this example as shown in FIG.
【０１０２】以上のようにして作製した電子放出素子を
図５に示すように配置して電子を放出させた。本実施例
では、Ｖａ＝５ｋＶ、Ｖｂ＝２０Ｖ、Ｄ１＝２ｍｍとし
た。The electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. 5 to emit electrons. In this example, Va = 5 kV, Vb = 20 V, and D1 = 2 mm.
【０１０３】本実施例と同じ画素サイズで、且つ全ての
電子放出部が本実施例における画素の端部に形成されて
いる電子放出部から成っている場合と比べ、より低いＶ
ｂの値から電子が放出し始め、アノード１９とカソード
電極１２との間の電流（以下アノード電流と呼ぶ）の値
は、約８０％多くなった。これは、本実施例の電子放出
素子の方が、画素中央部の電子放出膜により高い電界が
かかるため、その部分から電子が放出し易いことに起因
するからである。The pixel size is the same as that of this embodiment, and all the electron emitting portions have a lower V than the case where all the electron emitting portions are formed of the electron emitting portions formed at the end portions of the pixels.
Electrons started to be emitted from the value of b, and the value of the current between the anode 19 and the cathode electrode 12 (hereinafter referred to as the anode current) increased by about 80%. This is because the electron-emitting device of the present embodiment is more likely to emit electrons from that portion because a higher electric field is applied to the electron-emitting film in the central portion of the pixel.
【０１０４】また、本実施例と同じ画素サイズで、且つ
全ての電子放出部が本実施例における画素の中央部に形
成されている電子放出部から成っており、且つ画素とし
ての電子ビームの径が本実施例と同等となるように作製
した電子放出素子と比べ、アノード電流は約８０％程度
多くなった。これは、本実施例の電子放出素子では、画
素中央部と比べると電子放出膜にかかる電界強度が小さ
いが、画素端部にも電子放出部を有するため、電子放出
面積が大きいことに起因するからである。Further, the pixel size is the same as that of the present embodiment, and all the electron emitting portions are formed of the electron emitting portions formed in the central portion of the pixel in the present embodiment, and the diameter of the electron beam as the pixel. However, the anode current was increased by about 80% as compared with the electron-emitting device manufactured so as to be the same as that of this example. This is because in the electron-emitting device of this example, the electric field strength applied to the electron-emitting film is smaller than that in the central portion of the pixel, but since the electron-emitting portion is also provided at the pixel end portion, the electron-emitting area is large. Because.
【０１０５】また、本実施例と同じ画素サイズで、且つ
全ての電子放出部が本実施例における画素の端部に形成
されている電子放出部から成っており、且つ画素として
の電子ビームの径が本実施例と同等となるように作製し
た電子放出素子と比べてもアノード電流は約８０％程度
多くなった。これは、本実施例の電子放出素子では、画
素中央部の電子放出部にかかる電界強度が大きいことに
起因するからである。Further, the pixel size is the same as that of the present embodiment, and all the electron emitting portions are formed of the electron emitting portions formed at the end portions of the pixel in the present embodiment, and the diameter of the electron beam as the pixel. However, the anode current was increased by about 80% as compared with the electron-emitting device manufactured so as to be equivalent to this example. This is because, in the electron-emitting device of this example, the electric field strength applied to the electron-emitting portion in the central portion of the pixel is large.
【０１０６】［実施例２］図１２に本実施例により作製
した電子放出素子の概略平面図、図１３に断面図の一例
を示し、図１４に本実施例の電子放出素子の製造方法の
一例を示す。本実施例では、電子放出部となっている開
口面積が、画素中央部では大きく、画素端部では小さく
なっている例を示し、本実施例においても本発明の効果
が得られることを示す。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。以下に、本実
施例の電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。[Embodiment 2] FIG. 12 shows a schematic plan view of an electron-emitting device manufactured according to this embodiment, FIG. 13 shows an example of a sectional view, and FIG. 14 shows an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to this embodiment. Indicates. This embodiment shows an example in which the opening area serving as an electron emitting portion is large in the central portion of the pixel and small in the pixel end portion, and it is shown that the effects of the present invention can be obtained also in the present embodiment. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted. The manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment will be described in detail below.
【０１０７】（工程１）まず、図１４（ａ）に示すよう
に、実施例１と同様に、基板１１上に、カソード電極１
２、絶縁層１３及びゲート電極１４をこの順で堆積し
た。(Step 1) First, as shown in FIG. 14A, the cathode electrode 1 was formed on the substrate 11 in the same manner as in Example 1.
2. The insulating layer 13 and the gate electrode 14 were deposited in this order.
【０１０８】（工程２）次に、図１４（ｂ）に示すよう
に、マスクパターン１７を形成した。(Step 2) Next, as shown in FIG. 14B, a mask pattern 17 was formed.
【０１０９】マスクパターン１７は、次工程で開口を形
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。この時、画素の中央部では開口径が大きく、画
素の端部では開口径が小さくなるようにマスクパターン
１７を形成する。The mask pattern 17 is formed except for a portion which is dry-etched to form an opening in the next step. At this time, the mask pattern 17 is formed so that the opening diameter is large at the central portion of the pixel and small at the end portion of the pixel.
【０１１０】（工程３）そして、図１４（ｃ）に示すよ
うに、マスクパターン１７をマスクとして、絶縁層１３
及びゲート電極１４をドライエッチングし、カソード電
極１２でエッチングを停止させ、絶縁層１３及びゲート
電極１４を貫通し、画素の中央部ではその径が大きく、
画素の端部ではその径が小さい円形の開口を形成した。
本実施例では、開口径は画素中心部では３μｍ、端部で
は１μｍとした。(Step 3) Then, as shown in FIG. 14C, the insulating layer 13 is formed using the mask pattern 17 as a mask.
The gate electrode 14 is dry-etched, the etching is stopped at the cathode electrode 12, the insulating layer 13 and the gate electrode 14 are penetrated, and the diameter is large in the central portion of the pixel.
A circular opening having a small diameter was formed at the end of the pixel.
In this embodiment, the opening diameter is 3 μm at the center of the pixel and 1 μm at the end.
【０１１１】（工程４）次に、CVD法により、図１４
（ｄ）に示すように、電子放出膜１５として、ダイヤモ
ンドライクカーボン膜を開口の底面に５０ｎｍ程度堆積
した。(Step 4) Next, as shown in FIG.
As shown in (d), a diamond-like carbon film was deposited as the electron emission film 15 on the bottom surface of the opening by about 50 nm.
【０１１２】（工程５）最後に、マスクパターン１７を
完全に除去し、図１４（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 17 is completely removed, and the electron-emitting device of this embodiment as shown in FIG. 14E is completed.
【０１１３】以上のようにして作製した電子放出素子を
図５に示すように配置して電子を放出させた。本実施例
では、Ｖａ＝５ｋＶ、Ｖｂ＝２０Ｖ、Ｄ１＝２ｍｍとし
た。The electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. 5 to emit electrons. In this example, Va = 5 kV, Vb = 20 V, and D1 = 2 mm.
【０１１４】本実施例と同じ画素サイズで、且つ全ての
電子放出部が本実施例における画素の中央部に形成され
ている電子放出部から成っており、且つ画素としての電
子ビームの径が本実施例と同じ程度となるように作製し
た電子放出素子と比べ、アノード電流は約３０％程度多
くなった。これは、本実施例の電子放出素子では、画素
端部にも開口面積が小さい電子放出部を有するため、電
子放出面積が大きいことに起因するからである。The pixel size is the same as that of this embodiment, and all the electron emitting portions are formed by the electron emitting portion formed in the central portion of the pixel in this embodiment, and the diameter of the electron beam as a pixel is the same. The anode current was increased by about 30% as compared with the electron-emitting device manufactured to have the same level as that of the example. This is because the electron-emitting device of this embodiment has a large electron-emitting area because it also has an electron-emitting portion with a small opening area at the pixel end.
【０１１５】また、本実施例と同じ画素サイズで、且つ
全ての電子放出部が本実施例における画素の端部に形成
されている電子放出部から成っており、且つ画素として
の電子ビームの径が本実施例と同等となるように作製し
た電子放出素子と比べてもアノード電流は約２０％程度
多くなった。これは、本実施例の電子放出素子では、画
素中央部の電子放出部の開口面積が大きいため、電子放
出面積が大きいことに起因するからである。Further, the pixel size is the same as that of the present embodiment, and all the electron emitting portions are formed by the electron emitting portions formed at the end portions of the pixel in the present embodiment, and the diameter of the electron beam as the pixel. However, the anode current was increased by about 20% as compared with the electron-emitting device manufactured so as to be equivalent to this example. This is because in the electron-emitting device of this embodiment, the electron-emitting area in the central portion of the pixel is large, and thus the electron-emitting area is large.
【０１１６】また、本実施例では、大きさの同じ開口を
直線状に並べたが、白黒表示の画像形成装置に用いる場
合など、画素形状が画素の中心点に対して点対称となっ
ている画素に対しては、開口が複数の同心円状に形成さ
れており、開口面積が、画素中央部で大きく、画素端部
で小さくなっていても良い。Further, in the present embodiment, although the openings of the same size are arranged in a straight line, the pixel shape is point-symmetric with respect to the center point of the pixel when used in an image forming apparatus for monochrome display. For the pixel, the openings may be formed in a plurality of concentric circles, and the opening area may be large at the center of the pixel and small at the end of the pixel.
【０１１７】また、本実施例では、Ａ−Ａ’線に沿っ
て、画素中央部から画素端部に向かうに従って、開口面
積が連続的に小さくなっているが、図１５に示すよう
に、開口面積が不連続に小さくなっていても構わない。Further, in the present embodiment, the opening area continuously decreases along the line AA ′ from the pixel central portion toward the pixel end portion, but as shown in FIG. The area may be discontinuously reduced.
【０１１８】［実施例３］図１６に本実施例により作製
した電子放出素子の概略平面図を示す。また、図１６に
おけるＡ―Ａ´線での断面図の一例は実施例２と同様で
あり、図１３に示す通りである。本実施例では、電子放
出部となっている開口の形状がスリット状であり、開口
面積が、画素中央部では大きく、画素端部では小さくな
っている例を示し、本実施例においても本発明の効果が
得られることを示す。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。[Embodiment 3] FIG. 16 is a schematic plan view of an electron-emitting device manufactured according to this embodiment. Further, an example of a cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. 16 is similar to that of the second embodiment and is as shown in FIG. In the present embodiment, the shape of the opening serving as the electron emission portion is a slit shape, and the opening area is large in the central portion of the pixel and small in the end portion of the pixel, and the present invention is also applied to the present embodiment. It shows that the effect of is obtained. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.
【０１１９】本実施例の電子放出素子の製造工程は実施
例２に示したものと同様である。The manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment is the same as that of the second embodiment.
【０１２０】本実施例の電子放出素子を図５に示すよう
に配置して電子を放出させた。本実施例では、Ｖａ＝５
ｋＶ、Ｖｂ＝２０Ｖ、Ｄ１＝２ｍｍとした。The electron-emitting device of this example was arranged as shown in FIG. 5 to emit electrons. In this embodiment, Va = 5
kV, Vb = 20V, and D1 = 2 mm.
【０１２１】本実施例においても、本実施例と同じ画素
サイズで、且つ全ての電子放出部が本実施例における画
素の中央部に形成されている電子放出部から成ってお
り、且つ画素としての電子ビームの径が本実施例と同じ
程度となるように作製した電子放出素子と比べ、アノー
ド電流は約３０％程度多くなり、また、本実施例と同じ
画素サイズで、且つ全ての電子放出部が、本実施例にお
ける、画素の端部に形成されている電子放出部から成っ
ており、且つ画素としての電子ビームの径が本実施例と
同等となるように作製した電子放出素子と比べてもアノ
ード電流は約２０％程度多くなった。Also in this embodiment, the pixel size is the same as that of this embodiment, and all the electron emitting portions are formed by the electron emitting portion formed in the central portion of the pixel in this embodiment, and Compared with the electron-emitting device manufactured so that the diameter of the electron beam is about the same as that of this embodiment, the anode current is increased by about 30%, the same pixel size as that of this embodiment, and all the electron-emitting portions. However, in comparison with the electron-emitting device of the present embodiment, which is composed of the electron-emitting portion formed at the end portion of the pixel, and the diameter of the electron beam as the pixel is equal to that of the present embodiment, However, the anode current increased by about 20%.
【０１２２】また、開口をスリット形状とすることによ
って、開口が円形である場合と比較して、電子放出面積
が大きくなるため、より大きなアノード電流を取ること
ができた。Further, by forming the opening in the slit shape, the electron emission area becomes larger as compared with the case where the opening is circular, and thus a larger anode current can be obtained.
【０１２３】[実施例４]図１７に本実施例により作製し
た電子放出素子の概略平面図を示す。また、図１７にお
けるＡ−Ａ’線での断面図の一例を図１８に示す。本実
施例では、電子放出部が開口を有するのではなく凸型で
あり、ゲート電極１４がカソード電極１２よりも下方に
位置している例を示し、本実施例においても本発明の効
果が得られることを示す。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。[Embodiment 4] FIG. 17 is a schematic plan view of an electron-emitting device manufactured according to this embodiment. 18 shows an example of a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. In the present embodiment, an example is shown in which the electron emitting portion has a convex shape rather than having an opening, and the gate electrode 14 is located below the cathode electrode 12, and the effect of the present invention can be obtained also in this embodiment. It is indicated that. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.
【０１２４】本実施例の電子放出素子は、基板１１上に
ゲート電極１４、絶縁層１３及びカソード電極１２が積
層されており、カソード電極１２上の一部に電子放出膜
１５がある構造となっている。カソード電極１２はスリ
ット状となっており、その幅Ｗ１は画素中心部で広く、
画素端部では狭くなっている。また、電子放出膜１５も
スリット状に形成されており、その幅Ｗ２は、カソード
電極１２の幅Ｗ１よりも小さくした。The electron-emitting device of this embodiment has a structure in which the gate electrode 14, the insulating layer 13 and the cathode electrode 12 are laminated on the substrate 11, and the electron-emitting film 15 is partly on the cathode electrode 12. ing. The cathode electrode 12 has a slit shape, and its width W1 is wide at the center of the pixel,
It is narrow at the pixel edge. The electron emission film 15 is also formed in a slit shape, and its width W2 is smaller than the width W1 of the cathode electrode 12.
【０１２５】ここでは、ゲート電極１４の膜厚を７００
ｎｍ、絶縁層１３の膜厚を４００ｎｍ、カソード電極１
２の膜厚を２００ｎｍ及び電子放出膜１５の膜厚を５０
ｎｍとした。Here, the film thickness of the gate electrode 14 is set to 700.
nm, the thickness of the insulating layer 13 is 400 nm, the cathode electrode 1
2 has a thickness of 200 nm and the electron emission film 15 has a thickness of 50 nm.
nm.
【０１２６】また、カソード電極１２の幅Ｗ１は、画素
中心部で３μｍ、画素端部で１μｍとした。The width W1 of the cathode electrode 12 was 3 μm at the center of the pixel and 1 μm at the end of the pixel.
【０１２７】本実施例の電子放出素子を図５に示すよう
に配置して電子を放出させた。本実施例では、Ｖａ＝５
ｋＶ、Ｄ１＝２ｍｍとした。また、ゲート電極１４には
カソード電極１２よりも２０Ｖ高い電圧を印加すること
により電子を放出させた。The electron-emitting device of this example was arranged as shown in FIG. 5 to emit electrons. In this embodiment, Va = 5
kV and D1 = 2 mm. Electrons were emitted by applying a voltage 20 V higher than that of the cathode electrode 12 to the gate electrode 14.
【０１２８】本実施例では、ゲート電極１４が、絶縁層
１３を介して下部に存在するが、電位を本発明に適用可
能な電子放出素子と同様に印加すれば、同様の効果が得
られる。In the present embodiment, the gate electrode 14 exists in the lower part through the insulating layer 13, but the same effect can be obtained by applying the potential in the same manner as in the electron-emitting device applicable to the present invention.
【０１２９】[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。Example 5 An image forming apparatus was manufactured using the electron-emitting devices of Examples 1 to 4.
【０１３０】電子放出素子を１００×１００のＭＴＸ状
に配置した。配線は、図９のようにＸ側を第一の電極層
に、Ｙ側を第二の電極層に接続した。素子は、横３００
μｍ、縦３００μｍ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５ｋＶの電圧を印加した。この結果、マトリクス駆
動が可能で高精細な画像形成装置が形成できた。The electron-emitting devices were arranged in a 100 × 100 MTX pattern. As for the wiring, as shown in FIG. 9, the X side was connected to the first electrode layer and the Y side was connected to the second electrode layer. Element is horizontal 300
The pitch was 300 μm and the pitch was 300 μm. Phosphors were placed on the upper part of the device at a distance of 2 mm. A voltage of 5 kV was applied to the phosphor. As a result, it is possible to form a high-definition image forming apparatus that is capable of matrix driving.
【０１３１】[0131]
【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、１つの画素に複数の電子放出部を有し、且つ、
１つの画素内で、電子放出部から放出される電子の第二
の基板に到達した時の広がり面積が異なる電子放出部を
有しており、また、１つの画素内において、画素中央部
から放出された電子の広がり面積が、画素端部から放出
された電子の広がり面積よりも大きいことを特徴として
いる。この構成では、１つの画素に複数の電子放出部が
存在する電子放出素子において、画素端部から放出され
た電子のビーム径が画素中央部から放出された電子のビ
ーム径よりも小さいため、画素としてのビーム径を小さ
く保ちつつ、電子放出面積を大きく取ることができる。
これは、画素中央部から放出された電子のビーム径が、
画素としてのビーム径よりも小さければ、画素としての
ビーム径には影響を及ぼさないためである。As described above, the electron-emitting device of the present invention has a plurality of electron-emitting portions in one pixel, and
In one pixel, there is an electron emission portion in which the spread area of electrons emitted from the electron emission portion when reaching the second substrate is different, and in one pixel, the electron emission portion is emitted from the central portion of the pixel. The spread area of the emitted electrons is larger than the spread area of the electrons emitted from the end portion of the pixel. With this configuration, in the electron-emitting device having a plurality of electron-emitting portions in one pixel, the beam diameter of the electrons emitted from the pixel end portion is smaller than the beam diameter of the electron emitted from the pixel central portion. As a result, the electron emission area can be increased while keeping the beam diameter as a small value.
This is because the electron beam diameter emitted from the center of the pixel is
This is because the beam diameter as a pixel is not affected if it is smaller than the beam diameter as a pixel.
【０１３２】また、本発明の電子放出素子は、電子放出
部が、基板上にカソード電極と絶縁層とゲート電極とを
この順に有し、少なくともゲート電極と絶縁層とをそれ
ぞれ貫通する開口が形成され、カソード電極とゲート電
極との間に電圧を印加することによって、電子が該開口
を通して放出されるように構成されていることを特徴と
している。また、１つの画素において、画素中心部の開
口面積が画素端部の開口面積よりも大きいことを特徴と
する。この構成では、電子放出部が開口を有し、開口を
通して電子放出される電子放出素子であり、画素中央部
の開口面積が、画素端部の開口面積よりも大きいため、
画素としての電子のビーム径を小さく保ちつつ、電子放
出面積を大きくすることができる。これは、画素中央部
の開口が大きい電子放出部から放出された電子のビーム
径は大きいが、それが画素としてのビーム径よりも小さ
ければ、画素としてのビーム径には影響を及ぼさない。
このため、その範囲で画素中央部の開口面積を大きくす
ることによって、同じ画素面積でより大きい電子放出面
積を得ることができるため、放出電流が大きくなると同
時に、画素欠陥を低減することができる。Further, in the electron-emitting device of the present invention, the electron-emitting portion has the cathode electrode, the insulating layer and the gate electrode in this order on the substrate, and at least the openings penetrating the gate electrode and the insulating layer are formed. It is characterized in that electrons are emitted through the opening by applying a voltage between the cathode electrode and the gate electrode. Further, in one pixel, the opening area at the pixel central portion is larger than the opening area at the pixel end portion. In this configuration, the electron emitting portion has an opening and is an electron emitting element that emits electrons through the opening. Since the opening area of the pixel central portion is larger than the opening area of the pixel end portion,
The electron emission area can be increased while keeping the electron beam diameter as a pixel small. This is because the beam diameter of the electron emitted from the electron emitting portion having a large aperture in the central portion of the pixel is large, but if the beam diameter is smaller than the beam diameter of the pixel, it does not affect the beam diameter of the pixel.
Therefore, a larger electron emission area can be obtained in the same pixel area by increasing the opening area in the central portion of the pixel within that range, so that the emission current increases and the pixel defect can be reduced.
【０１３３】本発明の電子放出素子は、単純な積層構造
から成っているため製造し易く、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な
る。Since the electron-emitting device of the present invention has 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 are uniform.
【０１３４】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、第二の基板に高電圧をかけることが
できるため、放出された電子は、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 the modulation electrode, and a high voltage can be applied to the second substrate. Therefore, the emitted electrons have sufficient energy to cause the phosphor to emit light. Since it collides with the phosphor, the sufficient brightness of the phosphor can be obtained.
【０１３５】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
選んだりする等によって、ゲート電極とカソード電極と
の間に印加する電圧を低減することができ、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 changed by reducing the thickness of the insulating layer or selecting a material having a small work function as the electron-emitting film. It can be reduced and can be driven at a low voltage.
【０１３６】また、この様な電子放出素子を電子源や画
像形成装置に適用すると、性能の優れた電子源及び画像
形成装置を実現できる。Further, when such an electron-emitting device is applied to an electron source or an image forming apparatus, an electron source and an image forming apparatus having excellent performance can be realized.
【図１】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. 1 is a schematic plan 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電子放出部の
構成の一例を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of an electron emitting portion of the electron emitting device according to the embodiment.
【図３】実施の形態に係る電子放出素子の電子放出部の
構成の一例を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a configuration of an electron emitting portion 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から電子を放出
させた時の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram when electrons are emitted from the electron-emitting device according to the embodiment.
【図５】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. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example when operating the electron-emitting device according to the embodiment.
【図６】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. 6 is a diagram showing an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment.
【図７】実施例１に係る電子放出素子を示す概略断面図
である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an electron-emitting device according to the first embodiment.
【図８】実施例１にかかる電子放出素子の製造方法の一
例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the first embodiment.
【図９】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. 9 is a schematic configuration diagram showing an electron source having a simple matrix arrangement according to an embodiment.
【図１０】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. 10 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus using an electron source having a simple matrix arrangement according to an embodiment.
【図１１】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. 11 is a diagram showing a fluorescent film used in the image forming apparatus according to the embodiment.
【図１２】実施例２に係る電子放出素子を示す概略平面
図である。FIG. 12 is a schematic plan view showing an electron-emitting device according to a second embodiment.
【図１３】実施例２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 Example 2.
【図１４】実施例２にかかる電子放出素子の製造方法の
一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the second embodiment.
【図１５】実施例２に係る電子放出素子の他の例を示す
概略平面図である。FIG. 15 is a schematic plan view showing another example of the electron-emitting device according to the second embodiment.
【図１６】実施例３にかか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 third embodiment.
【図１７】実施例４に係る電子放出素子を示す概略平面
図である。FIG. 17 is a schematic plan view showing an electron-emitting device according to Example 4.
【図１８】実施例４に係る電子放出素子を示す概略断面
図である。FIG. 18 is a schematic sectional view showing an electron-emitting device according to Example 4.
１０ 電子放出部 １１ 基板 １２ カソード電極 １３ 絶縁層 １４ ゲート電極 １５ 電子放出膜 １７ マスクパターン １８ マスクパターン １９ アノード ２０ 広がり面積 ９１ 電子源基体 ９２ Ｘ方向配線 ９３ Ｙ方向配線 ９４ 電子放出素子 ９５ 結線 １０１ リアプレート １０２ 支持枠 １０３ ガラス基体 １０４ 蛍光膜 １０５ メタルバック １０６ フェースプレート １０７ 外囲器 １１１ 黒色導電材 １１２ 蛍光体 10 Electron emission part 11 board 12 Cathode electrode 13 Insulation layer 14 Gate electrode 15 Electron emission film 17 mask patterns 18 mask patterns 19 Anode 20 Spread area 91 Electron source substrate 92 X-direction wiring 93 Y direction wiring 94 Electron emitting device 95 connection 101 rear plate 102 support frame 103 glass substrate 104 fluorescent film 105 metal back 106 face plate 107 envelope 111 Black conductive material 112 phosphor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EE03 EF01 EF06 EG12 EG15 EH01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 5C031 DD17 5C036 EE03 EF01 EF06 EG12 EG15 EH01
Claims (16)
保持して対向され、該第一の基板上にカソード電極及び
ゲート電極を有する電子放出部が配置され、該電子放出
部から放出された電子が加速されて、該第二の基板に照
射される電子放出素子において、 １つの画素内に複数の前記電子放出部を有し、前記電子
放出部から放出される電子の前記第二の基板に到達した
時の広がり面積が、１つの画素内で異なることを特徴と
する電子放出素子。1. A first substrate and a second substrate are opposed to each other with a required space therebetween, and an electron emitting portion having a cathode electrode and a gate electrode is arranged on the first substrate. In an electron-emitting device in which electrons emitted from the electron are accelerated and irradiated to the second substrate, a plurality of the electron-emitting portions are provided in one pixel, and the electrons emitted from the electron-emitting portion are An electron-emitting device characterized in that the spread area when reaching the second substrate is different in one pixel.
電子放出部から放出された電子の前記広がり面積が、画
素端部の前記電子放出部から放出された電子の前記広が
り面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電
子放出素子。2. In one pixel, the spreading area of the electrons emitted from the electron emitting portion at the central portion of the pixel is larger than the spreading area of the electrons emitted from the electron emitting portion at the end portion of the pixel. The electron-emitting device according to claim 1, wherein:
と絶縁層とゲート電極とをこの順に有し、少なくとも前
記ゲート電極と前記絶縁層とをそれぞれ貫通する開口が
形成され、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に
電圧を印加することによって、電子が前記開口を通して
放出されるように構成されていることを特徴とする請求
項１又は２記載の電子放出素子。3. The electron emitting portion has a cathode electrode, an insulating layer, and a gate electrode in this order on a substrate, and openings are formed to penetrate at least the gate electrode and the insulating layer, respectively. The electron-emitting device according to claim 1, wherein electrons are emitted through the opening by applying a voltage between the gate electrode and the gate electrode.
電子放出部の開口面積が、画素端部の前記電子放出部の
前記開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項３記
載の電子放出素子。4. The electron according to claim 3, wherein in one pixel, an opening area of the electron emitting portion at a central portion of the pixel is larger than an opening area of the electron emitting portion at an end portion of the pixel. Emissive element.
素端部に向かうに従って、連続的もしくは不連続的に前
記電子放出部の前記開口面積が小さくなることを特徴と
する請求項４記載の電子放出素子。5. The pixel according to claim 4, wherein the opening area of the electron emitting portion is continuously or discontinuously reduced in one pixel from a central portion of the pixel toward an end portion of the pixel. Electron emitting device.
る線分に対して、前記電子放出部の前記開口が線対称に
配置されていることを特徴とする請求項３、４又は５記
載の電子放出素子。6. The pixel according to claim 3, wherein the opening of the electron emitting portion is arranged in line symmetry with respect to a line segment passing through the center point of the pixel. The electron-emitting device described.
心として、前記電子放出部の前記開口が同心円状に配置
されていることを特徴とする請求項３、４又は５記載の
電子放出素子。7. The electron emission according to claim 3, 4 or 5, wherein in one pixel, the openings of the electron emission portion are concentrically arranged around a center point of the pixel. element.
状、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３乃至７のいず
れか１項記載の電子放出素子。8. The opening according to any one of claims 3 to 7, wherein the opening has a shape of any one of a circle, a polygon, a slit shape, a part of a circle, an ellipse and a part of an ellipse. 2. An electron-emitting device according to item 1.
膜を有することを特徴とする請求項３乃至８のいずれか
１項記載の電子放出素子。9. The electron-emitting device according to claim 3, wherein the electron-emitting portion has an electron-emitting film in the opening.
の底部に陽極に略平行に配されていることを特徴とする
請求項９記載の電子放出素子。10. The electron-emitting device according to claim 9, wherein the electron-emitting film is a thin film and is arranged at the bottom of the opening substantially parallel to the anode.
とする請求項９又は１０記載の電子放出素子。11. The electron emitting device according to claim 9, wherein the electron emitting film contains carbon.
ン又はダイヤモンドのいずれかを含むことを特徴とする
請求項１１記載の電子放出素子。12. The electron-emitting device according to claim 11, wherein the carbon contains either diamond-like carbon or diamond.
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。13. An electron-emitting device according to any one of claims 1 to 12, wherein a plurality of electron-emitting devices are arranged in parallel and connected, and at least one line of the electron-emitting devices is provided. Characteristic electron source.
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。14. At least one column of the electron-emitting devices, which is formed by arranging a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1, and has at least one column for driving the electron-emitting devices. An electron source characterized in that potential supply wirings and high potential supply wirings are arranged in a matrix.
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。15. An electron source according to claim 13 or 14,
An image forming member that forms an image by electrons emitted from the electron source, and controls the amount of electrons of each electron emitting element of the electron source by an information signal.
を特徴とする請求項１５記載の画像形成装置。16. The image forming apparatus according to claim 15, wherein the image forming member is a phosphor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001202621A JP2003016917A (en) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | Electron emitting element, electron source and image forming device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001202621A JP2003016917A (en) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | Electron emitting element, electron source and image forming device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008198603A (en) * | 2007-02-06 | 2008-08-28 | Commiss Energ Atom | Field-effect electron emission structure with emission focusing |
-
2001
- 2001-07-03 JP JP2001202621A patent/JP2003016917A/en not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
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