JP2003086077A - Electron emission element, electron source, and image forming device - Google Patents

Electron emission element, electron source, and image forming device

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JP2003086077A
JP2003086077A JP2001274055A JP2001274055A JP2003086077A JP 2003086077 A JP2003086077 A JP 2003086077A JP 2001274055 A JP2001274055 A JP 2001274055A JP 2001274055 A JP2001274055 A JP 2001274055A JP 2003086077 A JP2003086077 A JP 2003086077A
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JP
Japan
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electron
cathode
emitting device
extraction electrode
substrate
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Japanese (ja)
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Takahiro Sato
崇広 佐藤
Takeo Tsukamoto
健夫 塚本
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emission element, an electron source, and an image forming device, capable of coping with high efficiency, high reliability, high process yield, high-speed driving, low power consumption, a wide area substrate, and high definition. SOLUTION: An insulator 4 having height in which the position in the direction almost perpendicularly crossing to a substrate 1 is present on an anode side than a cathode 3 and an extraction electrode 2 is installed between the cathode 3 and the extraction electrode 2, on a substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、電
子源、及び画像形成装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source, and an image forming apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、画像表示装置として液晶を用いた
平板型表示装置がCRTに替わって普及してきた。
2. Description of the Related Art In recent years, flat panel display devices using liquid crystal as image display devices have become popular in place of CRTs.

【0003】しかし、液晶を用いた平板型表示装置は自
発光型ではないためにバックライトを必要とするため、
消費電力が高いなどの問題を有している。
However, since a flat panel display device using liquid crystal is not a self-luminous type, it requires a backlight.
It has problems such as high power consumption.

【0004】この問題を解決する一つの手段として、一
画素当たりに一つもしくは複数の電界放出型(FE型)
電子放出素子を備える自発光型の表示装置が提案されて
いる。
As one means for solving this problem, one or more field emission type (FE type) per pixel is used.
A self-luminous display device including an electron-emitting device has been proposed.

【0005】この自発光型の表示装置であればCRTと
同程度の輝度と、消費電力とが達成可能であり、さらに
薄くて軽い画像表示装置を作製できる。
With this self-luminous display device, it is possible to achieve the same level of brightness and power consumption as a CRT, and a thinner and lighter image display device can be manufactured.

【0006】従来、FE型電子放出素子としては、スピ
ント型と呼ばれる金属製の円錐または角錐のエミッタを
備えるものがよく知られている。
[0006] Conventionally, as the FE type electron-emitting device, one having a metal conical or pyramidal emitter called a Spindt type is well known.

【0007】例えば、C.A.Spindt、”Phy
sical propertiesof thin−f
ilm field emission cathod
es with molybdenum cone
s”、J.Appl.Phys.、47、5248(1
976)に開示されている。
For example, C.I. A. Spindt, "Phy
social properties of thin-f
ilm field emission cathod
es with mollybdenum cone
s ", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1.
976).

【0008】これによれば、フォトリソグラフィーの手
法を用いて、数十μmの間隔で電子放出素子を配列する
ことが可能であり、画像表示装置の一画素内にいくつか
の電子放出素子を作り込むことができる。
According to this, it is possible to arrange the electron-emitting devices at intervals of several tens of μm by using the photolithography technique, and several electron-emitting devices are formed in one pixel of the image display device. Can be crowded.

【0009】また、電子放出部材として炭素繊維を用い
たFE型電子放出素子が特開平11−111161号公
報にて提案されている。カーボンナノチューブなどの炭
素繊維は直径が数十から数百nmと非常に細く、さらに
μmオーダーの長さを有することから非常に縦横比(ア
スペクト比)が大きくなっており、また先端が尖鋭にな
っている。
An FE type electron-emitting device using carbon fiber as an electron-emitting member is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-111161. Carbon fibers such as carbon nanotubes have diameters of tens to hundreds of nanometers and are very thin, and because they have a length on the order of μm, they have a very large aspect ratio (aspect ratio) and sharp tips. ing.

【0010】このことから、電界中の炭素繊維の先端で
は電界が強調され、比較的小さな電界中でも電子放出が
起こる。また機械的にも丈夫であることから、現在炭素
繊維は電子放出部材としては最も優れているものとなっ
ている。
From this, the electric field is emphasized at the tip of the carbon fiber in the electric field, and electron emission occurs even in a relatively small electric field. Further, since it is mechanically strong, carbon fiber is currently the most excellent electron emitting member.

【0011】また、消費電力を少なくするなどの観点か
ら電子放出素子では、陰極から引き出された電子の数に
対して陽極に到達した電子の数の比(効率)が非常に重
要である。
From the viewpoint of reducing power consumption, in the electron-emitting device, the ratio (efficiency) of the number of electrons reaching the anode to the number of electrons extracted from the cathode is very important.

【0012】一般的な陰極、引き出し電極、陽極からな
る電子放出素子では、陰極から放出された電子は陽極に
到達する前に、引き出し電極に衝突、吸収されて効率が
かなり下がってしまう。
In a general electron-emitting device including a cathode, an extraction electrode, and an anode, the electron emitted from the cathode collides with and is absorbed by the extraction electrode before reaching the anode, resulting in a considerable decrease in efficiency.

【0013】この効率を上げるためには陰極、引き出し
電極、陽極の位置関係が非常に重要であり、様々な工夫
を凝らした構成が提案されている。
The positional relationship among the cathode, the extraction electrode and the anode is very important for increasing the efficiency, and various devised configurations have been proposed.

【0014】例えば、図8に示すように、J.M.Ki
m、et al、“CarbonNanotube−b
ased Field Emission Displ
ays with Triode Structur
e”、 Proceedings of The Se
venth International Displ
ay Workshops 、1003、(2000)
に効率を上げるための工夫を凝らした陰極、引き出し電
極、陽極の位置関係が示されている。
For example, as shown in FIG. M. Ki
m, et al, "Carbon Nanotube-b
based Field Emission Displ
ays with Triode Structur
e ”, Proceedings of The Se
venth International Displ
ay Workshops, 1003, (2000)
The positional relationship among the cathode, the extraction electrode, and the anode, which have been elaborated to improve the efficiency, is shown.

【0015】ここでは、引き出し電極102が陰極10
3から見て、陽極(図示せず)と反対側に設けられてい
る。この構成にすると、引き出し電極102によって陰
極103上のカーボンナノチューブ105から引き出さ
れた電子が引き出し電極102に衝突する前に、陽極に
引き寄せられる軌道に乗せることができる。
Here, the extraction electrode 102 is the cathode 10.
It is provided on the side opposite to the anode (not shown) when viewed from 3. With this configuration, the electrons extracted from the carbon nanotubes 105 on the cathode 103 by the extraction electrode 102 can be placed on the trajectory attracted to the anode before colliding with the extraction electrode 102.

【0016】すると、放出された電子は引き出し電極1
02に衝突、吸収されずに陽極に到達し、電子放出素子
の効率をあげることができる。効率の良い電子放出素子
を作製するために理想的な電極配置となっている。
Then, the emitted electrons are transferred to the extraction electrode 1
It is possible to increase the efficiency of the electron-emitting device by reaching the anode without collision or absorption with 02. The electrode arrangement is ideal for producing an efficient electron-emitting device.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。
However, in the case of the above-mentioned prior art, the following problems have occurred.

【0018】図8に示すような、J.M.Kim、et
al、“Carbon Nanotube−base
d Field Emission Displays
with Triode Structure”、
Proceedings of The Sevent
h International DisplayWo
rkshops 、1003、(2000)に取り上げ
られている構成では、カーボンナノチューブ105が陰
極103から垂れ下がり、引き出し電極102と接触す
ることがある。
As shown in FIG. M. Kim, et
al, “Carbon Nanotube-base
d Field Emission Displays
with Triode Structure ",
Proceedings of The Event
h International DisplayWo
In the structure described in rkshops, 1003, (2000), the carbon nanotube 105 may hang down from the cathode 103 and come into contact with the extraction electrode 102.

【0019】すると、引き出し電極102と陰極103
とが電気的にショートし電子放出素子としての機能を果
たせなくなるので、プロセス歩留まりが低下する。
Then, the extraction electrode 102 and the cathode 103
Are electrically short-circuited and cannot function as an electron-emitting device, resulting in a reduction in process yield.

【0020】さらに、引き出し電極102と陰極103
との間の寄生容量が大きくなってしまい、電子放出素子
を高速で駆動することができないばかりか容量成分によ
る消費電力が増大してしまう。
Further, the extraction electrode 102 and the cathode 103
The parasitic capacitance between and becomes large, so that the electron-emitting device cannot be driven at high speed and the power consumption due to the capacitance component increases.

【0021】また、寄生容量をできるだけ低減するため
にポリイミド106を積んで引き出し電極102と陰極
103との間の距離を大きくしてあるが、ポリイミド1
06をスピンコートで塗布しているため厚さの面内不均
一性が発生し、しいては電子放出素子の電子放出しきい
値の面内分布にばらつきができる。
Further, in order to reduce the parasitic capacitance as much as possible, polyimide 106 is stacked to increase the distance between the extraction electrode 102 and the cathode 103.
Since 06 is applied by spin coating, in-plane non-uniformity of the thickness occurs, and thus the in-plane distribution of the electron emission threshold value of the electron-emitting device can be varied.

【0022】また、ポリイミド106のような有機成分
を含むことでプロセス温度の上限が低下し、さらにデバ
イスとしての信頼性も低下する。
Further, the inclusion of an organic component such as polyimide 106 lowers the upper limit of the process temperature, and further lowers the reliability as a device.

【0023】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、高効
率、高信頼性、高プロセス歩留まり、高速駆動可能、低
消費電力、大面積基板対応可能、高精細に対応可能な電
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 to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the object thereof is to have high efficiency, high reliability, high process yield, high speed driving, low power consumption, and large area. An object of the present invention is to provide an electron-emitting device, an electron source, and an image forming apparatus which can be applied to a substrate and can be used in high definition.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、絶縁性の基板上に設けられ、電子
放出部材が配置された陰極と、前記基板上であって前記
陰極に対向して設けられ、前記電子放出部材から電子を
引き出す引き出し電極と、を備え、前記引き出し電極に
よって引き出した電子を、前記基板に対向して設けられ
る陽極に向けて放出させる電子放出素子において、前記
基板上であって、前記陰極と前記引き出し電極との間
に、該基板に略直交する方向の位置が該陰極及び該引き
出し電極よりも前記陽極側に位置する高さを有する絶縁
体を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the present invention, a cathode provided on an insulating substrate and provided with an electron emitting member, and the cathode on the substrate And an extraction electrode for extracting electrons from the electron emission member, the electron extraction device emitting electrons extracted by the extraction electrode toward an anode provided opposite to the substrate, On the substrate, between the cathode and the extraction electrode, an insulator having a height such that a position in a direction substantially orthogonal to the substrate is located closer to the anode than the cathode and the extraction electrode is provided. It is characterized by

【0025】前記電子放出部材は、前記陰極上であっ
て、前記引き出し電極に対向する領域を含む領域に設け
られていることも好適である。
It is also preferable that the electron emitting member is provided on the cathode in a region including a region facing the extraction electrode.

【0026】前記陰極と前記引き出し電極との間に設け
られた前記絶縁体は、前記基板に略平行であって、該陰
極と該引き出し電極とが対向する方向に略直交する方向
において、前記電子放出部材に対向していることも好適
である。
The insulator provided between the cathode and the extraction electrode is substantially parallel to the substrate, and the electron is provided in a direction substantially orthogonal to a direction in which the cathode and the extraction electrode face each other. It is also suitable to face the emitting member.

【0027】前記陰極と前記引き出し電極との間に設け
られた前記絶縁体は、該陰極の一部領域上に開口部を有
して積層して設けられ、前記電子放出部材は、前記陰極
上であって、前記絶縁体の前記開口部内に形成されるこ
とも好適である。
The insulator provided between the cathode and the extraction electrode is provided by laminating with an opening on a partial region of the cathode, and the electron emission member is provided on the cathode. It is also preferable that it is formed in the opening of the insulator.

【0028】前記絶縁体は、前記開口部を複数備えるこ
とも好適である。
It is also preferable that the insulator has a plurality of openings.

【0029】前記電子放出部材は、炭素を主成分とする
材料で構成されていることも好適である。
It is also preferable that the electron emitting member is made of a material containing carbon as a main component.

【0030】前記炭素を主成分とする材料は、繊維状カ
ーボンの集合体であることも好適である。
The material containing carbon as the main component is also preferably an aggregate of fibrous carbon.

【0031】前記繊維状カーボンの集合体は、触媒微粒
子を介して成長したグラファイトナノファイバー,カー
ボンナノチューブ,アモルファスカーボンもしくはこれ
らの混合物からなることも好適である。
It is also preferable that the fibrous carbon aggregate is made of graphite nanofibers, carbon nanotubes, amorphous carbon or a mixture thereof grown through catalyst fine particles.

【0032】前記触媒微粒子は、Pd,Ni,Fe,C
o若しくはこれらの合金からなることも好適である。
The catalyst fine particles are Pd, Ni, Fe and C.
It is also preferable to use o or an alloy thereof.

【0033】電子源にあっては、上記記載の電子放出素
子を複数個並列に配置し結線してなる素子列を少なくと
も1列以上有してなることを特徴とする。
The electron source is characterized in that it has at least one row of elements formed by connecting a plurality of the above-mentioned electron-emitting elements in parallel and connecting them.

【0034】また、上記記載の電子放出素子を複数個配
列してなる素子列を少なくとも1列以上有し、該素子を
駆動するための配線がマトリクス配置されていることを
特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that at least one row of the above-mentioned electron-emitting devices is arranged and the wirings for driving the devices are arranged in a matrix.

【0035】画像形成装置にあっては、上記記載の電子
源と、前記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、情報信号により各電子放出素子
の電子量を制御する手段と、を備えたことを特徴とす
る。
In the image forming apparatus, the electron source described above, the image forming member that forms an image by the electrons emitted from the electron source, and the means for controlling the electron amount of each electron emitting element by the information signal. And are provided.

【0036】前記画像形成部材は、電子の衝突によって
発光する蛍光体を備えることも好適である。
It is also preferable that the image forming member includes a phosphor that emits light by collision of electrons.

【0037】[0037]

【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、形状それらの相対配置などは、発明が適用される
装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきもので
あり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣
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,
The material, the shape, and the relative arrangement of them should be appropriately changed depending on the configuration of the device to which the invention is applied and various conditions, and the scope of the invention is not limited to the following embodiments.

【0038】(第1の実施の形態)図1は本発明の第1
の実施の形態に係る電子放出素子を示す概略図であり、
同図(a)は基板1の上面から、また同図(b)は同図
(a)のA−A’断面を側面から見たものである。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an electron-emitting device according to the embodiment of
1A is a top view of the substrate 1, and FIG. 1B is a side view of the cross section AA 'of FIG.

【0039】図に示す本実施の形態に係る電子放出素子
において、図中の1は絶縁性の基板、2は引き出し電
極、3は陰極、4は絶縁体、5は電子放出部材を示して
おり、電子放出素子は、概略、基板1と、基板1上に積
層され対向して設けられた引き出し電極2及び陰極3
と、引き出し電極2と陰極3との間であって基板1上に
積層される絶縁体4と、陰極3上に設けられた電子放出
部材5と、を備えている。
In the electron-emitting device according to the present embodiment shown in the figure, 1 is an insulating substrate, 2 is an extraction electrode, 3 is a cathode, 4 is an insulator, and 5 is an electron-emitting member. The electron-emitting device is generally composed of a substrate 1, a lead-out electrode 2 and a cathode 3 which are laminated on the substrate 1 and are provided to face each other.
An insulator 4 which is stacked on the substrate 1 between the extraction electrode 2 and the cathode 3 and an electron emission member 5 provided on the cathode 3.

【0040】基板1の材料としては、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K
等に一部置換したガラス,青板ガラス及びシリコン基板
等にスパッタ法などによってSiO2を積層した積層
体,アルミナなどのセラミックの絶縁性基板が挙げられ
る。
As the material of the substrate 1, the surface of which is thoroughly cleaned and the content of impurities such as quartz glass and Na is reduced to K.
Examples of the insulating substrate include a glass partially substituted with glass, a soda-lime glass, a silicon substrate and the like, a laminated body in which SiO 2 is laminated by a sputtering method, or a ceramic such as alumina.

【0041】引き出し電極2及び陰極3は導電性を有し
ており、蒸着法、スパッタ法などの一般的真空成膜技
術、及びフォトリソグラフィー技術によって形成され
る。引き出し電極2及び陰極3の材料には例えば、炭
素,金属,金属の窒化物,金属の炭化物,金属のホウ化
物,半導体,半導体の金属化合物から適宜選択される。
引き出し電極2及び陰極3の厚さは、数十nmから数十
μmの範囲で選択される。
The extraction electrode 2 and the cathode 3 have conductivity and are 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 extraction electrode 2 and the cathode 3 is appropriately selected from, for example, carbon, metal, metal nitride, metal carbide, metal boride, semiconductor, and semiconductor metal compound.
The thickness of the extraction electrode 2 and the cathode 3 is selected in the range of several tens nm to several tens μm.

【0042】絶縁体4はスパッタ法,CVD法などの一
般的真空成膜技術,及びフォトリソグラフィー技術によ
って形成される。絶縁体4の材料には例えば、Si
2,SiN,Al23などの絶縁性材料から適宜選択
される。絶縁体4の厚さは、数十nmから数十μmの範
囲で適宜選択される。
The insulator 4 is formed by a general vacuum film forming technique such as a sputtering method and a CVD method, and a photolithography technique. The material of the insulator 4 is, for example, Si
It is appropriately selected from insulating materials such as O 2 , SiN, and Al 2 O 3 . The thickness of the insulator 4 is appropriately selected within the range of several tens nm to several tens μm.

【0043】電子放出部材5はスパッタ法等の一般的な
真空成膜法等で堆積した膜をRIEなどの手法を用いて
エミッター形状に加工する場合と、CVDにおける核成
長を利用した針状結晶の成長や、ひげ結晶の成長などを
利用する場合と、陰極3上に触媒微粒子を散布し炭化水
素雰囲気中でのCVDなどで炭素繊維を成長させて作製
する場合などがある。
The electron emitting member 5 is formed by processing a film deposited by a general vacuum film forming method such as a sputtering method into an emitter shape by using a method such as RIE, or by acicular crystals using nucleus growth in CVD. There are cases in which the growth of carbon fibers, growth of whiskers, and the like are used, and cases in which catalyst fine particles are dispersed on the cathode 3 and carbon fibers are grown by CVD or the like in a hydrocarbon atmosphere.

【0044】エミッター形状の制御はRIEの場合には
用いる基板の種類,ガスの種類,ガス圧力(流量),エ
ッチング時間,プラズマを形成する時のエネルギーなど
に依存する。
In the case of RIE, the control of the emitter shape depends on the type of substrate used, the type of gas, the gas pressure (flow rate), the etching time, the energy for forming plasma, and the like.

【0045】一方、CVDによる形成方法では基板の種
類,ガスの種類,流量,成長温度などで制御される。
On the other hand, in the formation method by CVD, the type of substrate, the type of gas, the flow rate, the growth temperature, etc. are controlled.

【0046】電子放出部材5に用いる材料は、TiC,
ZrC,HfC,TaC,SiC,WC等の炭化物、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、あるいはカーボンナノチューブ、グラファイトナ
ノファイバーなどの炭素繊維などが良い。
The material used for the electron emitting member 5 is TiC,
Carbides such as ZrC, HfC, TaC, SiC, and WC, amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon, diamond-dispersed carbon and carbon compounds, and carbon fibers such as carbon nanotubes and graphite nanofibers are preferable.

【0047】本実施の形態では、その中でも、触媒を利
用して成長した炭素繊維を使用した。
In the present embodiment, among them, carbon fiber grown by utilizing a catalyst was used.

【0048】炭素繊維の成長に使用する触媒材料として
はFe,Co,Pd,Niなどを使用することができ
る。特に、Pd,Co,Niにおいては低温(350か
ら600℃の温度)でグラファイトナノファイバーを生
成することが可能である。
Fe, Co, Pd, Ni and the like can be used as the catalyst material used for growing the carbon fibers. In particular, with Pd, Co, and Ni, it is possible to generate graphite nanofibers at low temperatures (temperatures of 350 to 600 ° C.).

【0049】Feなどを用いたカーボンナノチューブの
生成温度は800℃以上必要であることから、低温で生
成可能なグラファイトナノファイバーは、他部材へ影響
や、製造コストを低減するという観点で好ましい。
Since the carbon nanotubes using Fe or the like need to be produced at a temperature of 800 ° C. or higher, graphite nanofibers that can be produced at a low temperature are preferable from the viewpoint of affecting other members and reducing the manufacturing cost.

【0050】前述した炭化水素ガスとしては例えばエチ
レン,メタン,プロパン,プロピレン,アセチレンなど
のガスを用いる。また炭化水素ガスの代わりにCO,C
2などの炭酸ガスやエタノール,アセトンなどの有機
溶剤の蒸気を用いることもできる。
As the above-mentioned hydrocarbon gas, for example, gases such as ethylene, methane, propane, propylene and acetylene are used. CO, C instead of hydrocarbon gas
It is also possible to use carbon dioxide gas such as O 2 or vapor of an organic solvent such as ethanol or acetone.

【0051】次に、本実施の形態の特徴について説明す
る。
Next, the features of this embodiment will be described.

【0052】本発明者は、電子放出素子の陰極と引き出
し電極との間に堤防型の絶縁体を作り込むことで、従来
の問題点を解決できることを見いだした。
The present inventor has found that the conventional problems can be solved by forming a bank-type insulator between the cathode and the extraction electrode of the electron-emitting device.

【0053】すなわち、陰極と引きだし電極との間に堤
防状の絶縁体があると、陰極上の引きだし電極近くに設
けたカーボンナノチューブなどの炭素繊維からなる電子
放出部材が、引きだし電極と接触する事が無くなり、陰
極と引きだし電極が電気的にショートする心配がない。
That is, if there is a bank-shaped insulator between the cathode and the extraction electrode, the electron emission member made of carbon fiber such as carbon nanotubes provided near the extraction electrode on the cathode should come into contact with the extraction electrode. Is eliminated, and there is no concern that the cathode and the extraction electrode will be electrically short-circuited.

【0054】また、引き出し電極と陰極との間に堤防状
の絶縁体が存在するために、カーボンナノチューブなど
の炭素繊維からなる電子放出部材の中の数ある電子放出
点のうち、引き出し電極から見て堤防状の絶縁体に隠さ
れている部分は有効な電子放出点では無くなる。
Since a bank-like insulator is present between the extraction electrode and the cathode, one of the many electron emission points in the electron emission member made of carbon fiber such as carbon nanotube can be seen from the extraction electrode. The part hidden by the bank-shaped insulator is not an effective electron emission point.

【0055】つまり、電子放出部材は引き出し電極に対
して堤防状の絶縁体の高さ分だけ嵩上げされているのと
同じ状態になり、陰極、陽極、引き出し電極から構成さ
れる三極型電子放出素子において、従来例で示したよう
なポリイミドなどで嵩上げして陰極上に設けられる電子
放出部材が引きだし電極に対して陽極側に存在するよう
な構成にしなくても良いことになる。
That is, the electron-emitting member is in the same state as that of the lead-out electrode raised by the height of the bank-like insulator, and is a triode type electron-emitting device composed of the cathode, the anode and the lead-out electrode. In the device, it is not necessary to have the structure in which the electron-emitting member provided on the cathode by raising it with polyimide or the like as shown in the conventional example exists on the anode side with respect to the extraction electrode.

【0056】さらに、ポリイミドにより嵩上げを行わな
くてもよいのでプロセスの歩留まり、デバイス信頼性と
もに向上し、コストが低減する。
Further, since it is not necessary to increase the height by using polyimide, the process yield and device reliability are improved, and the cost is reduced.

【0057】また、引きだし電極と陰極とが重なり合う
部分がないために寄生容量が大幅に低減できるようにな
り、電子放出素子を高速駆動でき、さらに消費電力が低
下して画像表示装置に応用する場合にも有利である。
In addition, since there is no portion where the extraction electrode and the cathode overlap each other, the parasitic capacitance can be significantly reduced, the electron-emitting device can be driven at high speed, and the power consumption is further reduced to be applied to an image display device. Is also advantageous.

【0058】また、電子放出部材としてのカーボンナノ
チューブやグラファイトナノファイバーを陰極上に直接
成長させるとき、堤防状の絶縁体の陰極側の壁によって
電子放出部材の成長方向が基板に対して垂直方向に限定
されるので、基板に対して水平方向に電子放出部材が成
長して引き出し電極と電子放出部材との距離にばらつき
が出るのを抑制できる。
When carbon nanotubes or graphite nanofibers as electron emitting members are directly grown on the cathode, the growth direction of the electron emitting members is perpendicular to the substrate due to the cathode side wall of the bank-like insulator. Since it is limited, it is possible to suppress the variation in the distance between the extraction electrode and the electron emitting member due to growth of the electron emitting member in the horizontal direction with respect to the substrate.

【0059】以上説明した電子放出素子を図1に基づい
て、さらに説明する。
The electron-emitting device described above will be further described with reference to FIG.

【0060】本実施の形態では、図1(b)のA−A’
断面図に示されているように、引き出し電極2と陰極3
とが素子部では(基板1上においては)重なり合うこと
がない。この形態にすることで寄生容量(キャパシタン
ス)が低減できるので、電子放出素子を高速に駆動でき
るようになるだけではなく、消費電力を低減できるよう
にもなる。
In the present embodiment, AA 'in FIG. 1 (b) is used.
As shown in the cross-sectional view, the extraction electrode 2 and the cathode 3
And do not overlap with each other in the element portion (on the substrate 1). With this configuration, the parasitic capacitance can be reduced, so that not only the electron-emitting device can be driven at high speed, but also the power consumption can be reduced.

【0061】さらに、引き出し電極2と陰極3との間に
絶縁体4が存在するために、カーボンナノチューブなど
の炭素繊維からなる電子放出部材5の中の数ある電子放
出点のうち、引き出し電極2から見て絶縁体4に隠され
ている部分は有効な電子放出点では無くなっているの
で、引き出し電極2に正の駆動電圧を与えて電子放出部
材5から引き出される電子は、電子放出部材5の上部近
辺のみから放出されることになり、引き出し電極2に衝
突、吸収されずに陽極(図示しないが基板1に平行に対
向して設けられている)に到達する軌道を取ることがで
きる。
Further, since the insulator 4 exists between the extraction electrode 2 and the cathode 3, among the many electron emission points in the electron emission member 5 made of carbon fiber such as carbon nanotube, the extraction electrode 2 As seen from the above, since the portion hidden by the insulator 4 is not an effective electron emission point, the electrons that are extracted from the electron emission member 5 by applying a positive drive voltage to the extraction electrode 2 of the electron emission member 5 are removed. Since it is emitted only from the vicinity of the upper portion, it is possible to take a trajectory to reach the anode (not shown, which is provided in parallel with and facing the substrate 1) without being absorbed and absorbed by the extraction electrode 2.

【0062】結果、陰極3から引き出された電子の内の
ほとんどが陽極に到達でき、効率が上がることになる。
As a result, most of the electrons extracted from the cathode 3 can reach the anode and the efficiency is improved.

【0063】また、電子放出部材5としてカーボンナノ
チューブやグラファイトナノファイバーを陰極3上に直
接成長させるとき、堤防状の絶縁体4の陰極3側の壁に
よって電子放出部材5の成長方向が基板1に対して垂直
方向(図に示すz方向)に限定されるので、基板1に対
して水平方向に電子放出部材5が成長して引き出し電極
2と電子放出部材5との距離にばらつきが出てしまうこ
とを抑制できる。
When carbon nanotubes or graphite nanofibers are directly grown on the cathode 3 as the electron emitting member 5, the growth direction of the electron emitting member 5 is directed to the substrate 1 by the wall on the cathode 3 side of the bank-like insulator 4. On the other hand, since it is limited to the vertical direction (z direction shown in the figure), the electron emitting member 5 grows in the horizontal direction with respect to the substrate 1 and the distance between the extraction electrode 2 and the electron emitting member 5 varies. Can be suppressed.

【0064】結果、電子放出素子の作製歩留まりを向上
できる事になる。
As a result, the production yield of electron-emitting devices can be improved.

【0065】以上に記載した電子放出素子の作製方法に
ついて、図2を用いて詳細に説明する。
A method of manufacturing the electron-emitting device described above will be described in detail with reference to FIG.

【0066】まず、図2(a)において絶縁性の基板1
である石英基板に、後に引き出し電極2と陰極3とにな
る金属薄膜11を蒸着し、後にドライエッチングにてエ
ッチングする箇所が露出するようにレジスト10をパタ
ーニングした。金属薄膜11はTi/Ptをそれぞれ5
00/500Åの厚さにEB蒸着したものである。
First, in FIG. 2A, the insulating substrate 1 is used.
A metal thin film 11 which will later become the extraction electrode 2 and the cathode 3 was vapor-deposited on the quartz substrate, and the resist 10 was patterned so as to expose a portion to be etched later by dry etching. The metal thin film 11 is made of Ti / Pt 5 respectively.
It is EB vapor-deposited to a thickness of 00 / 500Å.

【0067】次に、図2(b)において金属薄膜11を
ドライエッチングして、引き出し電極2と陰極3とを作
製し、さらにレジスト10を剥離液にて剥離した。ドラ
イエッチングは並行平板型のプラズマエッチング装置
で、Ptに対してはArガスを20sccm(1scc
m=1.68×10-3Pa・m3/s),2Pa,30
0Wの条件、Tiに対してはCF4ガスを50scc
m、5Pa,300Wの条件でエッチングした。
Next, in FIG. 2B, the metal thin film 11 was dry-etched to form the extraction electrode 2 and the cathode 3, and the resist 10 was peeled off with a peeling liquid. The dry etching is a parallel plate type plasma etching apparatus. Ar gas is 20 sccm (1 sccc) for Pt.
m = 1.68 × 10 −3 Pa · m 3 / s), 2 Pa, 30
CF 4 gas of 50 scc for 0 W condition and Ti
Etching was performed under the conditions of m, 5 Pa and 300 W.

【0068】また、レジスト10の剥離は約70℃に加
熱した剥離液に基板1を浸すことで行った。
The resist 10 was peeled off by immersing the substrate 1 in a peeling solution heated to about 70.degree.

【0069】次に、図2(c)において絶縁体4となる
SiO2をプラズマCVD法にて1μmの厚さ堆積させ
て、その上に絶縁体4の残すべき部分を覆うようにレジ
スト10をパターニングした。
Next, in FIG. 2C, SiO 2 to be the insulator 4 is deposited to a thickness of 1 μm by the plasma CVD method, and the resist 10 is covered thereover so as to cover the remaining portion of the insulator 4. Patterned.

【0070】次に、図2(d)において絶縁体4をドラ
イエッチングして堤防状に整形した。本実施の形態で
は、絶縁膜4のドライエッチングの条件はSF6、50
sccm、2Pa、300Wであった。
Next, in FIG. 2D, the insulator 4 was dry-etched and shaped like a bank. In this embodiment, the dry etching conditions for the insulating film 4 are SF 6 , 50
It was sccm, 2 Pa, and 300 W.

【0071】次に、図2(e)において図2(d)でエ
ッチングマスクとして利用したレジスト10を剥離せず
に、後に電子放出部材5を成長させたい領域が露出する
ように追加してレジスト12をパターニングする。
Next, in FIG. 2E, the resist 10 used as the etching mask in FIG. 2D is not stripped, and an additional resist is exposed so that a region where the electron emitting member 5 is to be grown later is exposed. 12 is patterned.

【0072】次に、図2(f)において後に電子放出部
材5であるカーボンナノチューブを成長させる為の触媒
13をスパッタ法にて蒸着した。本実施の形態では、触
媒13にはPdをスパッタ法にて5nm堆積したものを
利用した。
Next, in FIG. 2F, a catalyst 13 for growing carbon nanotubes, which is the electron emitting member 5 later, was deposited by the sputtering method. In the present embodiment, the catalyst 13 used is Pd deposited by sputtering to a thickness of 5 nm.

【0073】次に、図2(g)において約70℃に加熱
した剥離液に基板1を浸して、レジスト10,12をま
とめて剥離した。
Next, in FIG. 2 (g), the substrate 1 was dipped in a stripping solution heated to about 70 ° C., and the resists 10 and 12 were stripped together.

【0074】最後に、図2(h)において電子放出部材
5となる炭素繊維を成長させて、電子放出素子を完成さ
せた。本実施の形態では、圧力1Paエチレンガス雰囲
気中で、基板1を800℃に加熱した状態で1時間放置
することで長さが約4μm、太さが10nmのカーボン
ナノチューブを成長した。
Finally, in FIG. 2 (h), a carbon fiber to be the electron emitting member 5 was grown to complete the electron emitting device. In the present embodiment, carbon nanotubes having a length of about 4 μm and a thickness of 10 nm were grown by leaving the substrate 1 heated at 800 ° C. for 1 hour in an ethylene gas atmosphere with a pressure of 1 Pa.

【0075】以上に示した電子放出素子の作製方法は一
例であり、他の製造方法によっても作製することができ
る。
The method for manufacturing the electron-emitting device described above is an example, and the electron-emitting device can be manufactured by other manufacturing methods.

【0076】(第2の実施の形態)図3は本発明の第2
の実施の形態に係る電子放出素子を示す概略図であり、
同図(a)は基板1の上面から、また同図(b)は同図
(a)のA−A’断面を側面から見たものである。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an electron-emitting device according to the embodiment of
1A is a top view of the substrate 1, and FIG. 1B is a side view of the cross section AA 'of FIG.

【0077】図に示す本実施の形態に係る電子放出素子
において、図中の1は絶縁性の基板、2は引き出し電
極、3は陰極、4は絶縁体、6は電子放出部材を示して
おり、電子放出素子は、概略、基板1と、基板1上に積
層され対向して設けられた引き出し電極2及び陰極3
と、引き出し電極2と陰極3との間であって基板1上に
積層される絶縁体4と、陰極3上に設けられた電子放出
部材6と、を備えている。
In the electron-emitting device according to this embodiment shown in the figure, 1 is an insulating substrate, 2 is an extraction electrode, 3 is a cathode, 4 is an insulator, and 6 is an electron-emitting member. The electron-emitting device is generally composed of a substrate 1, a lead-out electrode 2 and a cathode 3 which are laminated on the substrate 1 and are provided to face each other.
And an insulator 4 which is laminated on the substrate 1 between the extraction electrode 2 and the cathode 3 and an electron emitting member 6 provided on the cathode 3.

【0078】そして、本実施の形態では上述した第1の
実施の形態と異なり、絶縁体4は、基板1に略平行であ
って、陰極3と引き出し電極2とが対向する方向に略直
交する方向においても、電子放出部材6に対向してい
る。すなわち、絶縁体4の形状が、上面から見て略コの
字型をしており、そのコの字内部に電子放出部材6を作
り込むようにした。
In this embodiment, unlike the above-described first embodiment, the insulator 4 is substantially parallel to the substrate 1 and is substantially orthogonal to the direction in which the cathode 3 and the extraction electrode 2 face each other. The electron emission member 6 is also opposed in the direction. That is, the shape of the insulator 4 is substantially U-shaped when viewed from above, and the electron-emitting member 6 is formed inside the U-shape.

【0079】例えば、電子放出部材6にグラファイトナ
ノファイバの様な炭素繊維を採用して、熱CVD法の様
な方法で成長させて作製するときには図3の形態を採用
すると、基板1に対して水平であって、引き出し電極2
と陰極3とが対向する方向(図に示すx方向)に対して
垂直である方向(図に示すy方向)に電子放出部材6が
成長することを抑制できる。
For example, when carbon fibers such as graphite nanofibers are used for the electron emitting member 6 and grown by a method such as a thermal CVD method, the substrate shown in FIG. Horizontal and extraction electrode 2
It is possible to suppress the electron emitting member 6 from growing in a direction (y direction shown in the drawing) which is perpendicular to a direction in which the cathode 3 and the cathode 3 face each other (x direction shown in the drawing).

【0080】つまり、基板1に対して水平であって、引
き出し電極2と陰極3とが対向するx方向に対して垂直
であるy方向の電子放出部材6の領域を任意なものにで
きる。
That is, the region of the electron emitting member 6 in the y direction which is horizontal to the substrate 1 and perpendicular to the x direction in which the extraction electrode 2 and the cathode 3 face each other can be arbitrary.

【0081】結果として、電子放出素子から放出される
電子ビームのビーム形状のうち基板に対して水平で引き
出し電極2と陰極3とが対向するx方向に対して垂直で
あるy方向の成分を、図3の形態にすることで制御でき
るようになる。兼ねては素子ごとのばらつきを抑えるこ
ともできる様になる。
As a result, the y-direction component of the beam shape of the electron beam emitted from the electron-emitting device, which is horizontal to the substrate and perpendicular to the x-direction in which the extraction electrode 2 and the cathode 3 are opposed, The configuration shown in FIG. 3 allows control. In addition, it also becomes possible to suppress variations among the elements.

【0082】以上に記載した電子放出素子の作製方法に
ついては第1の実施の形態とほぼ同様である。しかし、
本実施の形態では、電子放出部材6にグラファイトナノ
ファイバを採用したために、圧力1Paアセチレンガス
雰囲気中で、基板1を450℃に加熱し、1時間待機す
ることで長さが約5μm、太さが40nmのグラファイ
トナノファイバを成長させて、電子放出部材6を作製し
た。
The method of manufacturing the electron-emitting device described above is almost the same as that of the first embodiment. But,
In the present embodiment, since graphite nanofibers are used for the electron emission member 6, the substrate 1 is heated to 450 ° C. in an acetylene gas atmosphere with a pressure of 1 Pa and the length is about 5 μm and the thickness is about 5 μm by waiting for 1 hour. An electron emission member 6 was produced by growing a graphite nanofiber having a thickness of 40 nm.

【0083】(第3の実施の形態)図4は本発明の第3
の実施の形態に係る電子放出素子を示す概略図であり、
同図(a)は基板1の上面から、また同図(b)は同図
(a)のA−A’断面を側面から見たものである。
(Third Embodiment) FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an electron-emitting device according to the embodiment of
1A is a top view of the substrate 1, and FIG. 1B is a side view of the cross section AA 'of FIG.

【0084】図に示す本実施の形態に係る電子放出素子
において、図中の1は絶縁性の基板、2は引き出し電
極、3は陰極、4は絶縁体、5は電子放出部材を示して
おり、電子放出素子は、概略、基板1と、基板1上に積
層され対向して設けられた引き出し電極2及び陰極3
と、引き出し電極2と陰極3との間であって基板1上に
積層される絶縁体4と、陰極3上に設けられた電子放出
部材5と、を備えている。
In the electron-emitting device according to the present embodiment shown in the drawing, 1 in the drawing is an insulating substrate, 2 is an extraction electrode, 3 is a cathode, 4 is an insulator, and 5 is an electron-emitting member. The electron-emitting device is generally composed of a substrate 1, a lead-out electrode 2 and a cathode 3 which are laminated on the substrate 1 and are provided to face each other.
An insulator 4 which is stacked on the substrate 1 between the extraction electrode 2 and the cathode 3 and an electron emission member 5 provided on the cathode 3.

【0085】そして、本実施の形態では上述した第1の
実施の形態と異なり、絶縁体4は、陰極3上を覆ってお
り、陰極3に形成された電子放出部材を露出させる開口
部4aを備えている。すなわち、絶縁体4の形状が上面
から見て略ロの字型をしており、そのロの字内部に電子
放出部材5を作り込む様にした。
In the present embodiment, unlike the above-described first embodiment, the insulator 4 covers the cathode 3 and the opening 4a for exposing the electron emission member formed in the cathode 3 is formed. I have it. That is, the shape of the insulator 4 is a substantially square V shape when viewed from above, and the electron emission member 5 is formed inside the square V shape.

【0086】例えば、電子放出部材5にグラファイトナ
ノファイバの様な炭素繊維を採用して、熱CVD法の様
な方法で成長させて作製するときには図4の形態を採用
すると、電子放出部材6の基板に対して水平方向の成長
を抑制できる。
For example, when carbon fibers such as graphite nanofibers are used for the electron emitting member 5 and grown by a method such as a thermal CVD method, the electron emitting member 6 of FIG. Growth in the horizontal direction with respect to the substrate can be suppressed.

【0087】つまり、基板1に対して水平方向(図に示
すxy方向)の電子放出部材5領域を任意なものにでき
る。結果として電子放出素子から放出される電子ビーム
の形状の素子毎のばらつきを、図4の形態にすることで
抑制できる。
That is, the electron emission member 5 region in the horizontal direction (xy direction shown in the drawing) with respect to the substrate 1 can be made arbitrary. As a result, variations in the shape of the electron beam emitted from the electron-emitting device among the devices can be suppressed by using the configuration shown in FIG.

【0088】本実施の形態では、絶縁体4の電子放出部
材5が作り込まれる箇所が略ロの字型になるようにした
が、例えば丸型のような他の形状であってもよく、絶縁
体4に設けられた開口部であれば同様の効果を得ること
ができる。
In the present embodiment, the portion of the insulator 4 where the electron emitting member 5 is formed has a substantially square shape, but it may have another shape such as a round shape. The same effect can be obtained if the opening is provided in the insulator 4.

【0089】以上に記載した電子放出素子の作製方法に
ついては第1の実施の形態とほぼ同様である。
The method of manufacturing the electron-emitting device described above is almost the same as that of the first embodiment.

【0090】(第4の実施の形態)図5は本発明の第4
の実施の形態に係る電子放出素子を示す概略図であり、
同図(a)は基板1の上面から、また同図(b)は同図
(a)のA−A’断面を側面から見たものである。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an electron-emitting device according to the embodiment of
1A is a top view of the substrate 1, and FIG. 1B is a side view of the cross section AA 'of FIG.

【0091】図に示す本実施の形態に係る電子放出素子
において、図中の1は絶縁性の基板、2は引き出し電
極、3は陰極、4は絶縁体、6は電子放出部材を示して
おり、電子放出素子は、概略、基板1と、基板1上に積
層され対向して設けられた引き出し電極2及び陰極3
と、引き出し電極2と陰極3との間であって基板1上に
積層される絶縁体4と、陰極3上に設けられた電子放出
部材6と、を備えている。
In the electron-emitting device according to the present embodiment shown in the figure, 1 is an insulating substrate, 2 is an extraction electrode, 3 is a cathode, 4 is an insulator, and 6 is an electron-emitting member. The electron-emitting device is generally composed of a substrate 1, a lead-out electrode 2 and a cathode 3 which are laminated on the substrate 1 and are provided to face each other.
And an insulator 4 which is laminated on the substrate 1 between the extraction electrode 2 and the cathode 3 and an electron emitting member 6 provided on the cathode 3.

【0092】そして、本実施の形態では上述した第3の
実施の形態と同様に、絶縁体4の形状が上面から見て略
ロの字型の堀(開口部)を有する形状をしており、本実
施の形態においては、この略ロの字型の堀を複数有する
形状をしており、そのロの字内部に電子放出部材6を作
り込む様にした。
In this embodiment, as in the case of the third embodiment described above, the shape of the insulator 4 is a shape having a generally square V-shaped moat (opening) when viewed from above. In the present embodiment, the electron-emitting member 6 is formed in a shape having a plurality of substantially square V-shaped moats.

【0093】この形状にすることで、第3の実施の形態
の効果以外に、電子放出部材6のサイズが小さくなるこ
とによって電界が強調され、電子放出素子の陰極3と引
き出し電極2との間に電圧を印加することで電子が放出
し始めるしきい値電圧をより低くできる。
With this shape, in addition to the effect of the third embodiment, the size of the electron-emitting member 6 is reduced, so that the electric field is emphasized and the space between the cathode 3 and the extraction electrode 2 of the electron-emitting device is enhanced. By applying a voltage to, the threshold voltage at which electrons start to be emitted can be lowered.

【0094】本実施の形態では、絶縁体4の電子放出部
材6が作り込まれる箇所が略ロの字型になるようにした
が、例えば丸型のような他の形状であってもよく、絶縁
体4に設けられた開口部であれば同様の効果を得ること
ができる。
In the present embodiment, the portion of the insulator 4 where the electron emitting member 6 is formed has a substantially square shape, but it may have another shape such as a round shape. The same effect can be obtained if the opening is provided in the insulator 4.

【0095】以上に記載した電子放出素子の作製方法に
ついては第1の実施の形態とほぼ同様である。
The method of manufacturing the electron-emitting device described above is almost the same as that of the first embodiment.

【0096】以上の様な方法で電子放出素子をマトリッ
クス状に作製した電子源を図6に示す。なお、以下に説
明する、図6に示す電子源は、図5に示した電子放出素
子を配置したものであるが、図1,3,4に示す実施の
形態1〜3に係る電子放出素子を配置した電子源におい
ても、同様である。
FIG. 6 shows an electron source in which electron-emitting devices are formed in a matrix by the above method. The electron source shown in FIG. 6 described below has the electron-emitting devices shown in FIG. 5 arranged therein. However, the electron-emitting devices according to the first to third embodiments shown in FIGS. The same is true for the electron source in which is arranged.

【0097】この時電子放出素子は110μm間隔で配
置されており、1000×1000のマトリックス内で
の絶縁体4の膜厚ばらつきは5%以下であった。絶縁体
4の厚さが2μmの時、電子放出素子の陰極3と引き出
し電極2との間に電圧を印加することで電子が放出し始
めるしきい値電圧は25Vであった。さらに、マトリッ
クス内の各々の電子放出素子のしきい値電圧のばらつき
は1%以内に納めることができた。引き出し電極2は印
刷配線7で結線した。
At this time, the electron-emitting devices were arranged at 110 μm intervals, and the film thickness variation of the insulator 4 in the 1000 × 1000 matrix was 5% or less. When the thickness of the insulator 4 was 2 μm, the threshold voltage at which electrons started to be emitted by applying a voltage between the cathode 3 and the extraction electrode 2 of the electron-emitting device was 25V. Furthermore, the variation in the threshold voltage of each electron-emitting device in the matrix could be kept within 1%. The lead electrode 2 was connected by a printed wiring 7.

【0098】以上の測定は基板1に対向して平行になる
ように陽極板(図示せず)を設置して、陽極板に陰極3
に対して正電圧2kVを印加して、2×10-8Torr
(2.66×10-6Pa)の真空中で行った。
In the above measurement, an anode plate (not shown) is installed so as to be parallel to the substrate 1 and the cathode 3 is placed on the anode plate.
A positive voltage of 2 kV is applied to 2 × 10 −8 Torr
It was carried out in a vacuum of (2.66 × 10 −6 Pa).

【0099】図6に示す電子源内の各々の電子放出素子
では、電子放出部材5が陰極3上の引き出し電極2と対
向する側近傍にのみ設けた。
In each electron-emitting device in the electron source shown in FIG. 6, the electron-emitting member 5 was provided only on the cathode 3 in the vicinity of the side facing the extraction electrode 2.

【0100】これにより、素子同士を近づけても、隣接
する素子の引き出し電極2に印加される電圧によって、
電子放出部材5から電子が他方向(意図しない方向)に
引き出される心配がない。さらには、陰極3の引き出し
電極2と対向していない側に他の引き出し電極を近づけ
られるので、電子放出素子同士の距離を小さくすること
が可能になる。
As a result, even if the elements are brought close to each other, the voltage applied to the extraction electrode 2 of the adjacent element causes
There is no concern that electrons will be extracted from the electron emission member 5 in the other direction (unintended direction). Furthermore, since the other extraction electrode can be brought closer to the side of the cathode 3 not facing the extraction electrode 2, it is possible to reduce the distance between the electron-emitting devices.

【0101】結果として電子放出素子が高密度に集積さ
れた電子源を作製することができ、高精細な画像表示装
置を作製する場合などに有利である。
As a result, an electron source in which electron-emitting devices are integrated with high density can be manufactured, which is advantageous when manufacturing a high-definition image display device.

【0102】図7は図6に示した電子放出素子がマトリ
ックス状に配置されている電子源を利用して、画像形成
装置を構成したものを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an image forming apparatus using the electron source in which the electron-emitting devices shown in FIG. 6 are arranged in a matrix.

【0103】図7において、71は電子放出素子を複数
配した電子源基体、81は電子源基体71を固定したリ
アプレート、86はガラス基体83の内面に蛍光膜84
とメタルバック85等が形成されたフェースプレートで
ある。
In FIG. 7, reference numeral 71 is an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged, 81 is a rear plate on which the electron source substrate 71 is fixed, and 86 is a fluorescent film 84 on the inner surface of a glass substrate 83.
And a metal back 85 and the like.

【0104】82は支持枠であって、リアプレート8
1、フェースプレート86がフリットガラス等を用いて
接続されている。87は外囲器であり、真空中で450
度程度の温度で10分焼成することで封着して構成され
る。74は電子放出素子に相当する。72は引き出し電
極、73は陰極である。
Reference numeral 82 denotes a support frame, which is the rear plate 8
1. The face plate 86 is connected using frit glass or the like. 87 is an envelope, 450 in vacuum
It is formed by sealing by firing at a temperature of about 10 minutes. 74 corresponds to an electron-emitting device. 72 is an extraction electrode, and 73 is a cathode.

【0105】外囲器87は、上述の如く、フェースプレ
ート86、支持枠82、リアプレート81で構成され
る。一方、フェースプレート86、リアプレート81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87
を構成した。
The envelope 87 is composed of the face plate 86, the support frame 82, and the rear plate 81 as described above. On the other hand, by installing a support body (not shown) called a spacer between the face plate 86 and the rear plate 81, the envelope 87 having sufficient strength against atmospheric pressure.
Configured.

【0106】メタルバックは、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
積させることで作られた。
The metal back is produced by producing a fluorescent film, smoothing the inner surface of the fluorescent film (usually called “filming”), and then depositing Al using vacuum deposition or the like. Was given.

【0107】フェースプレート86には、更に蛍光膜8
4の導電性を高めるため、蛍光膜84の外面側に透明電
極(不図示)を設けた。前述の封着を行なう際には、カ
ラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる
必要があり、十分な位置合わせが不可欠となる。
The face plate 86 is further provided with a fluorescent film 8
In order to improve the conductivity of No. 4, a transparent electrode (not shown) was provided on the outer surface side of the fluorescent film 84. When the above-mentioned sealing is performed, in the case of color, it is necessary to associate each color phosphor with the electron-emitting device, and sufficient alignment is indispensable.

【0108】[0108]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高効率、高信頼性、高プロセス歩留まり、高速駆動可
能、低消費電力、大面積基板対応可能、高精細に対応可
能な電子放出素子、電子源、及び画像形成装置を提供す
ることができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide an electron-emitting device, an electron source, and an image forming apparatus capable of high efficiency, high reliability, high process yield, high speed driving, low power consumption, large area substrate support, and high definition.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る電子放出素子
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an electron-emitting device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態に係る電子放出素子
の作製方法を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a method for manufacturing the electron-emitting device according to the first embodiment of the invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態に係る電子放出素子
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an electron-emitting device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態に係る電子放出素子
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an electron-emitting device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施の形態に係る電子放出素子
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an electron-emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施の形態に係る電子放出素子
をマトリックス配置して作製した電子源を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an electron source produced by arranging electron-emitting devices according to a fourth embodiment of the present invention in a matrix.

【図7】本発明の第4の実施の形態に係る電子源を利用
した画像形成装置を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an image forming apparatus using an electron source according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】従来技術に係る電子放出素子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an electron-emitting device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 引きだし電極 3 陰極 4 絶縁体 4a 開口部 5,6 電子放出部材 7 印刷配線 10,12 レジスト 11 金属薄膜 13 触媒 71 電子源基体 72 引きだし電極 73 陰極 74 電子放出素子 81 リアプレート 82 支持枠 83 ガラス基体 84 蛍光膜 85 メタルバック 86 フェースプレート 87 外囲器 1 substrate 2 Lead-out electrode 3 cathode 4 insulator 4a opening 5,6 Electron emission member 7 printed wiring 10,12 resist 11 Metal thin film 13 catalyst 71 Electron source substrate 72 Lead-out electrode 73 cathode 74 Electron-emitting device 81 Rear plate 82 Support frame 83 glass substrate 84 Fluorescent film 85 metal back 86 face plate 87 Package

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Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁性の基板上に設けられ、電子放出部材
が配置された陰極と、 前記基板上であって前記陰極に対向して設けられ、前記
電子放出部材から電子を引き出す引き出し電極と、を備
え、 前記引き出し電極によって引き出した電子を、前記基板
に対向して設けられる陽極に向けて放出させる電子放出
素子において、 前記基板上であって、前記陰極と前記引き出し電極との
間に、該基板に略直交する方向の位置が該陰極及び該引
き出し電極よりも前記陽極側に位置する高さを有する絶
縁体を備えることを特徴とする電子放出素子。
1. A cathode provided on an insulating substrate, on which an electron emitting member is arranged, and an extraction electrode provided on the substrate and facing the cathode, for drawing out electrons from the electron emitting member. In the electron-emitting device that emits electrons extracted by the extraction electrode toward an anode provided facing the substrate, on the substrate, between the cathode and the extraction electrode, An electron-emitting device comprising: an insulator having a height in a direction substantially orthogonal to the substrate, the height being closer to the anode than the cathode and the extraction electrode.
【請求項2】前記電子放出部材は、前記陰極上であっ
て、前記引き出し電極に対向する領域を含む領域に設け
られていることを特徴とする請求項1に記載の電子放出
素子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting member is provided on the cathode in a region including a region facing the extraction electrode.
【請求項3】前記陰極と前記引き出し電極との間に設け
られた前記絶縁体は、前記基板に略平行であって、該陰
極と該引き出し電極とが対向する方向に略直交する方向
において、前記電子放出部材に対向していることを特徴
とする請求項1または2に記載の電子放出素子。
3. The insulator provided between the cathode and the extraction electrode is substantially parallel to the substrate, and in a direction substantially orthogonal to a direction in which the cathode and the extraction electrode face each other, The electron-emitting device according to claim 1 or 2, which faces the electron-emitting member.
【請求項4】前記陰極と前記引き出し電極との間に設け
られた前記絶縁体は、該陰極の一部領域上に開口部を有
して積層して設けられ、 前記電子放出部材は、前記陰極上であって、前記絶縁体
の前記開口部内に形成されることを特徴とする請求項
1,2または3に記載の電子放出素子。
4. The insulator provided between the cathode and the extraction electrode is laminated and provided with an opening on a partial region of the cathode, and the electron emission member is the The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is formed on the cathode and in the opening of the insulator.
【請求項5】前記絶縁体は、前記開口部を複数備えるこ
とを特徴とする請求項4に記載の電子放出素子。
5. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the insulator has a plurality of the openings.
【請求項6】前記電子放出部材は、炭素を主成分とする
材料で構成されていることを特徴とする請求項1乃至5
のいずれか1項に記載の電子放出素子。
6. The electron emitting member is made of a material containing carbon as a main component.
The electron-emitting device according to any one of 1.
【請求項7】前記炭素を主成分とする材料は、繊維状カ
ーボンの集合体であることを特徴とする請求項6に記載
の電子放出素子。
7. The electron-emitting device according to claim 6, wherein the material containing carbon as a main component is an aggregate of fibrous carbon.
【請求項8】前記繊維状カーボンの集合体は、触媒微粒
子を介して成長したグラファイトナノファイバー,カー
ボンナノチューブ,アモルファスカーボンもしくはこれ
らの混合物からなることを特徴とする請求項7に記載の
電子放出素子。
8. The electron-emitting device according to claim 7, wherein the aggregate of fibrous carbon is composed of graphite nanofibers grown through catalyst fine particles, carbon nanotubes, amorphous carbon or a mixture thereof. .
【請求項9】前記触媒微粒子は、Pd,Ni,Fe,C
o若しくはこれらの合金からなることを特徴とする請求
項8に記載の電子放出素子。
9. The catalyst fine particles are Pd, Ni, Fe, C.
9. The electron emitting device according to claim 8, which is made of o or an alloy thereof.
【請求項10】請求項1乃至9のいずれかに記載の電子
放出素子を複数個並列に配置し結線してなる素子列を少
なくとも1列以上有してなることを特徴とする電子源。
10. An electron source comprising at least one row of a plurality of electron-emitting devices according to claim 1 arranged in parallel and connected.
【請求項11】請求項1乃至9のいずれかに記載の電子
放出素子を複数個配列してなる素子列を少なくとも1列
以上有し、該素子を駆動するための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。
11. At least one row of elements in which a plurality of electron-emitting devices according to claim 1 are arranged, and wirings for driving the elements are arranged in a matrix. An electron source characterized by the above.
【請求項12】請求項10または11に記載の電子源
と、 前記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、 情報信号により各電子放出素子の電子量を制御する手段
と、 を備えたことを特徴とする画像形成装置。
12. An electron source according to claim 10, an image forming member for forming an image by electrons emitted from the electron source, and means for controlling an electron amount of each electron-emitting device by an information signal. An image forming apparatus comprising:
【請求項13】前記画像形成部材は、電子の衝突によっ
て発光する蛍光体を備えることを特徴とする請求項12
に記載の画像形成装置。
13. The image forming member is provided with a phosphor that emits light by collision of electrons.
The image forming apparatus according to item 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7104859B2 (en) 2003-03-25 2006-09-12 Canon Kabushiki Kaisha Methods for manufacturing carbon fibers, electron-emitting device, electron source, image display apparatus, light bulb, and secondary battery using a thermal CVD method

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US7104859B2 (en) 2003-03-25 2006-09-12 Canon Kabushiki Kaisha Methods for manufacturing carbon fibers, electron-emitting device, electron source, image display apparatus, light bulb, and secondary battery using a thermal CVD method

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