JP2003100200A - Electron emission element, electron source, and image forming device - Google Patents

Electron emission element, electron source, and image forming device

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JP2003100200A
JP2003100200A JP2001294944A JP2001294944A JP2003100200A JP 2003100200 A JP2003100200 A JP 2003100200A JP 2001294944 A JP2001294944 A JP 2001294944A JP 2001294944 A JP2001294944 A JP 2001294944A JP 2003100200 A JP2003100200 A JP 2003100200A
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Japan
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electron
electrode
emitting device
insulating layer
cathode electrode
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JP2001294944A
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Kazuji Nomura
和司 野村
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Canon Inc
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Publication date
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emission element capable of obtaining a sufficient emission current, reducing scattering of an electron beam on a side wall of an opening, reducing a beam diameter of an emission electron, and maintaining a beam diameter as a pixel to be small, and enabling to manufacture easily. SOLUTION: The electron emission element is structured by forming a gate electrode 14 and a cathode electrode 12 on a substrate 11, and a focusing electrode 16 on the same plane with the cathode electrode 12 or closer to the substrate 11. A space W2 between the cathode electrode 12 and the focusing electrode 16 is narrower at a pixel end part than at a pixel center part.

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。
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】この種の技術として、従来電子放出素子
には、大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の
2種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子に
は、電界放出型(以下、「FE型」という。)、金属/
絶縁層/金属型(以下、「MIM型」という。)や表面
伝導型電子放出素子等がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of technology, two types of electron-emitting devices are known, which are a thermoelectron-emitting device and a cold cathode electron-emitting device. The cold cathode electron-emitting device includes a field emission type (hereinafter referred to as “FE type”), metal /
There are an insulating layer / metal type (hereinafter referred to as “MIM type”), a surface conduction type electron-emitting device, and the like.

【0003】FE型の例としては、W. P. Dyke &W. W.
Dolan,"Field Emission ",Advancein Electron Physic
s,8,89(1956) や、C. A. Spindt, "PHYSICAL Propertie
s ofthin-film field emission cathodes with molybd
enium cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976) 等、
あるいは、特開平8−96703や、特開平8−967
04や、特開平8−115654や、特開平10−12
5215等に開示されているものが知られている。
As an example of the FE type, WP Dyke & W.W.
Dolan, "Field Emission", Advancein Electron Physic
s, 8,89 (1956) and CA Spindt, "PHYSICAL Propertie
s ofthin-film field emission cathodes with molybd
enium cones ", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976), etc.
Alternatively, JP-A-8-96703 and JP-A-8-967
04, JP-A-8-115654, and JP-A-10-12.
Those disclosed in 5215 and the like are known.

【0004】また、電子放出部から放出された電子ビー
ムの広がりを防ぐ例として、電子放出部上方、電子放出
部と陽極との間に集束電極を設けるものや、特開平5−
266787に開示されているものや、特開平11−3
29308に開示されているものが知られている。
As an example of preventing the spread of the electron beam emitted from the electron emitting portion, a focusing electrode is provided above the electron emitting portion and between the electron emitting portion and the anode.
No. 266787 and Japanese Patent Laid-Open No. 11-3
The one disclosed in 29308 is known.

【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. And it is important to be easy to manufacture.

【0006】FE型電子放出素子である、C. A. Spind
t, "PHYSICAL Properties of thin-film field emissio
n cathodes with molybdenium cones", J. Appl. Phy
s., 47,5248 (1976) 等に開示されたの例では、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る。そのため、マイクロチ
ップ先端から放出された電子は放射状に飛び出し、それ
らがアノードに照射された際に、その電子ビームの径が
大きくなってしまう可能性がある。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可能性があ
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。
CA Spind, which is an FE type electron-emitting device
t, "PHYSICAL Properties of thin-film field emissio
n cathodes with molybdenium cones ", J. Appl. Phy
In the example disclosed in s., 47, 5248 (1976), etc., a microchip is generally formed as an emission point and electrons are emitted from the tip of the microchip. Therefore, the electrons emitted from the tip of the microchip may fly out radially, and when they are irradiated on the anode, the diameter of the electron beam may increase. Further, since it is difficult to uniformly manufacture the devices, it is difficult to make the electron emission characteristics uniform among the devices. Further, in this example, since electrons are emitted from one emission point, if the emission current density is increased in order to cause the phosphor to strongly emit light, thermal destruction of the electron emission portion is induced and the life of the device is limited. Could be. In addition, the ions existing in a vacuum may sputter the tip of the microchip intensively to shorten the life of the device.

【0007】このようなFE型電子放出素子の性能を向
上させるために、個別の解決策として様々な例が提案さ
れている。
In order to improve the performance of such an FE type electron-emitting device, various examples have been proposed as individual solutions.

【0008】電子ビームの広がりを小さくする例として
は、電子放出部上方、電子放出部と陽極との間に集束電
極を配置した例がある。この例では、放出された電子ビ
ームを集束電極の負電位により絞るのだが、電子放出部
と集束電極との間隔を正確に保つことが非常に困難であ
り、また、電子放出部と集束電極の位置合わせが困難で
ある。また、製造工程がより複雑となってしまい、製造
コストの増大を招いてしまう。
As an example of reducing the spread of the electron beam, there is an example in which a focusing electrode is arranged above the electron emitting portion and between the electron emitting portion and the anode. In this example, the emitted electron beam is narrowed down by the negative potential of the focusing electrode, but it is very difficult to maintain an accurate distance between the electron emitting portion and the focusing electrode, and the electron emitting portion and the focusing electrode are Positioning is difficult. In addition, the manufacturing process becomes more complicated and the manufacturing cost increases.

【0009】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5−266787号公報に開示されたも
のがある。この例は、ゲート電極と同一層上にゲート電
極と絶縁された制御電極を1つ又は複数設け、この制御
電極に電圧を印加することによって、ゲート電極とほぼ
同一平面上にある微小点電子発生源から放出された電子
ビームを所望の形状に制御するものである。
Another example of reducing the spread of the electron beam is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-266787. In this example, one or more control electrodes insulated from the gate electrode are provided on the same layer as the gate electrode, and a voltage is applied to the control electrode to generate minute point electrons on the same plane as the gate electrode. The electron beam emitted from the source is controlled to have a desired shape.

【0010】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8−9
6704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-8-9.
There is one disclosed in Japanese Patent No. 6704.

【0011】特開平8−96704号公報に示されてい
る例を図13に示す。この例は、基板301上にカソー
ド電極302とゲート電極304が絶縁層303を介し
て積層され、ゲート電極304及び絶縁層303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305が設けられている電子放出素子である。ゲ
ート電極304にカソード電極302よりも高い電圧を
印加することによって、電子放出膜305から電子を放
出させる。
An example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-96704 is shown in FIG. In this example, a cathode electrode 302 and a gate electrode 304 are laminated on a substrate 301 with an insulating layer 303 interposed therebetween, and openings penetrating the gate electrode 304 and the insulating layer 303 are formed, and an electron emission film is formed in the openings. 305 is an electron-emitting device. Electrons are emitted from the electron emission film 305 by applying a voltage higher than that of the cathode electrode 302 to the gate electrode 304.

【0012】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。これ
らの例では、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。
At this time, since the equipotential surface formed inside the opening becomes substantially flat on the electron emission film, the diameter of the electron beam when it reaches the anode is reduced. In these examples, by using a material with a low work function as the electron emission film, it is possible to emit electrons even if the tip is not sharp like a microchip, and at the same time, it is relatively manufactured. easy. 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.

【0013】しかし、開口内に形成される等電位面は厳
密に言うと、電子放出膜305の厚さに依存して凸型と
なり、電子放出膜305の表面の内、開口の周縁部に最
も強い電界がかかってしまう。このため、電子は、電子
放出膜305の表面の内、開口の周縁部から主に放出さ
れ、また、開口内の等電位面が凸型となっているため、
多数の電子が開口側壁に衝突してしまう。この結果、電
子が絶縁層に入射し、チャージアップによる放電等の問
題が生じてしまう虞がある。
Strictly speaking, however, the equipotential surface formed in the opening has a convex shape depending on the thickness of the electron emission film 305, and is most prominent at the peripheral portion of the opening on the surface of the electron emission film 305. A strong electric field is applied. For this reason, the electrons are mainly emitted from the peripheral portion of the opening in the surface of the electron emission film 305, and the equipotential surface in the opening has a convex shape.
Many electrons collide with the sidewall of the opening. As a result, electrons may enter the insulating layer, which may cause a problem such as discharge due to charge-up.

【0014】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10−1252
15号公報等に開示されている。
Further, as compared with the above example, 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 are also disclosed in JP-A-8-115654 and JP-A-10-1252.
No. 15, for example.

【0015】特開平8−115654号公報に示されて
いる例を図14に示す。この例は、基板301上にカソ
ード電極302とゲート電極304が絶縁層303を介
して積層され、ゲート電極304及び絶縁層303をそ
れぞれ貫通すると共に、カソード電極302の一部も掘
り込まれて、開口を形成している。この開口内に、電子
放出膜305が、その表面がカソード電極302と絶縁
層303の接合面よりも深い位置にある様に設けられ、
電子放出部が形成されているものである。この例におい
ても、ゲート電極304にカソード電極302よりも高
い電圧を印加することによって、電子放出膜305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302の掘り込み深さや電子放出膜3
05の膜厚等に依存して凹型となり、電子の入射による
絶縁層のチャージアップの虞が軽減され、さらにアノー
ドに到達した時の電子のビーム径も小さくなる。
FIG. 14 shows an example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-115654. In this example, a cathode electrode 302 and a gate electrode 304 are laminated on a substrate 301 with an insulating layer 303 interposed therebetween, and the gate electrode 304 and the insulating layer 303 are respectively penetrated, and a part of the cathode electrode 302 is also dug, Forming an opening. An electron emission film 305 is provided in the opening such that the surface of the electron emission film 305 is deeper than the joint surface between the cathode electrode 302 and the insulating layer 303.
The electron emitting portion is formed. Also in this example, by applying a voltage higher than that of the cathode electrode 302 to the gate electrode 304, electrons are emitted from the electron emission film 305. At this time, the equipotential surface formed in the opening is the digging depth of the cathode electrode 302 and the electron emission film 3.
The film becomes concave depending on the film thickness of 05, etc., and the risk of charge-up of the insulating layer due to the incidence of electrons is reduced, and the electron beam diameter when reaching the anode is also reduced.

【0016】しかし、この例に示す電子放出素子を1つ
の画素内に複数配置し、放出された電子をより画素中央
部に収束させ、画素としての電子ビーム径をより小さい
ものとするためには、画素端部に近づくに従って、カソ
ード電極302を掘り込むことによって形成される開口
底面に傾斜をつける等をしなくてはならず、構造が複雑
になり、製造が困難になってしまう虞がある。
However, in order to arrange a plurality of electron-emitting devices shown in this example in one pixel so that the emitted electrons are more focused in the central portion of the pixel and the electron beam diameter as the pixel is made smaller, As approaching the end of the pixel, the bottom surface of the opening formed by engraving the cathode electrode 302 must be sloped, which may complicate the structure and make manufacturing difficult. .

【0017】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11−329308号公報に開示された
ものがある。
Another example of reducing the spread of the electron beam is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-329308.

【0018】特開平11−329308号公報に示され
ている例を図15に示す。この例は、基板301上にカ
ソード電極302とゲート電極304が絶縁層303a
を介して積層され、ゲート電極304及び絶縁層303
aをそれぞれ貫通する開口が形成されており、この開口
内にフォーカシング電極306が絶縁層303bを介し
て積層され、これらフォーカシング電極306及び絶縁
層303bを覆うように電子放出材料305が設けられ
ている電子放出素子である。ゲート電極304にカソー
ド電極302よりも高い電圧を印加することによって、
電子放出材料305から電子を放出させるのだが、この
時に、フォーカシング電極306にカソード電極302
よりも高く、ゲート電極304よりも低い電圧を印加す
る。
An example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-329308 is shown in FIG. In this example, the cathode electrode 302 and the gate electrode 304 are formed on the substrate 301 by the insulating layer 303a.
And a gate electrode 304 and an insulating layer 303 which are stacked with each other.
Apertures are formed so as to penetrate through each of a, and a focusing electrode 306 is stacked in the opening with an insulating layer 303b interposed therebetween, and an electron emission material 305 is provided so as to cover the focusing electrode 306 and the insulating layer 303b. It is an electron-emitting device. By applying a voltage higher than that of the cathode electrode 302 to the gate electrode 304,
Electrons are emitted from the electron emission material 305. At this time, the focusing electrode 306 is connected to the cathode electrode 302.
A voltage higher than the gate electrode 304 and lower than the gate electrode 304 is applied.

【0019】この時、開口内に形成される等電位面は、
フォーカシング電極306にかける電圧の大きさとゲー
ト電極304にかける電圧の大きさの関係や、絶縁層3
03b及びフォーカシング電極306の厚さと絶縁層3
03aの厚さの関係等に依存して凹型となり、電子の入
射による絶縁層のチャージアップの虞が軽減され、さら
にアノードに到達した時の電子のビーム径も小さくなる
と言うものである。
At this time, the equipotential surface formed in the opening is
The relationship between the magnitude of the voltage applied to the focusing electrode 306 and the magnitude of the voltage applied to the gate electrode 304, and the insulating layer 3
03b and the thickness of the focusing electrode 306 and the insulating layer 3
Depending on the thickness relation of 03a, etc., it becomes a concave shape, the risk of charge-up of the insulating layer due to the incidence of electrons is reduced, and the electron beam diameter when reaching the anode is also reduced.

【0020】しかし、この例に示す電子放出素子を1つ
の画素内に複数配置し、放出された電子をより画素中央
部に収束させ、画素としての電子ビーム径をより小さい
ものとするためには、画素端部に近づくに従って、フォ
ーカシング電極306の位置を開口内で、より画素端部
に近い部分に偏って設けなければならず、構造が複雑に
なり、製造が困難になってしまう虞がある。
However, in order to arrange the plurality of electron-emitting devices shown in this example in one pixel so that the emitted electrons are more concentrated in the central portion of the pixel and the electron beam diameter of the pixel is made smaller, As the position of the focusing electrode 306 is closer to the pixel end, the focusing electrode 306 must be provided in a position closer to the pixel end than in the opening, which may complicate the structure and make manufacturing difficult. .

【0021】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、十分な放出
電流を得ることができ、開口側壁での電子ビームの散乱
を軽減し、放出電子のビーム径を小さくし、また、画素
としてのビーム径を小さく保つことができ、且つ容易に
製造し得る電子放出素子を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to obtain a sufficient emission current and reduce the scattering of electron beams on the side wall of the opening. An object of the present invention is to provide an electron-emitting device capable of reducing the beam diameter of emitted electrons and keeping the beam diameter of a pixel small and easily manufactured.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、基板上に、第1の電極と、該第1の
電極と絶縁された第2の電極と、該第2の電極上に設け
られた電子放出材料と、を有して電子放出部を形成して
いる電子放出素子において、該第1の電極及び該第2の
電極と絶縁された第3の電極を該第2の電極と同一平面
上又はより該基板側に有しており、該電子放出素子を駆
動する際に印加する電圧が、該第1の電極、該第2の電
極、該第3の電極の順に大きいことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to provide a first electrode, a second electrode insulated from the first electrode, and a second electrode on a substrate. An electron-emitting material provided on the second electrode to form an electron-emitting portion, and a third electrode insulated from the first electrode and the second electrode. The voltage, which is provided on the same plane as the second electrode or closer to the substrate, and is applied when driving the electron-emitting device, is the voltage applied to the first electrode, the second electrode, and the third electrode. It is characterized in that the electrodes are larger in order.

【0023】第2の発明は、前記第3の電極が、絶縁層
を介して前記第1の電極及び前記第2の電極と絶縁され
ていることを特徴とする。
A second invention is characterized in that the third electrode is insulated from the first electrode and the second electrode through an insulating layer.

【0024】第3の発明は、前記電子放出部を複数配し
てなることを特徴とする。
A third invention is characterized in that a plurality of the electron emitting portions are arranged.

【0025】第4の発明は、前記第2の電極と前記第3
の電極との間隔が、前記電子放出部によって異なってい
ることを特徴とする。
A fourth invention is the second electrode and the third electrode.
The distance between the electrode and the electrode differs depending on the electron emitting portion.

【0026】第5の発明は、前記第2の電極と前記第3
の電極との間隔が、前記複数の電子放出部の内、該電子
放出部が複数配されている方向において、端部に近づく
につれて狭くなっていることを特徴とする。
A fifth invention is that the second electrode and the third electrode.
In the direction in which the plurality of electron emitting portions are arranged among the plurality of electron emitting portions, the distance from the electrode becomes narrower toward the end portion.

【0027】第6の発明は、前記電子放出材料が薄膜で
あることを特徴とする。
A sixth aspect of the invention is characterized in that the electron emitting material is a thin film.

【0028】第7の発明は、前記電子放出材料が略平坦
であることを特徴とする。
A seventh invention is characterized in that the electron emitting material is substantially flat.

【0029】第8の発明は、前記電子放出材料が炭素を
含むことを特徴とする。
The eighth invention is characterized in that the electron-emitting material contains carbon.

【0030】第9の発明は、前記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で
ある。
A ninth aspect of the invention is an electron source, wherein a plurality of the electron-emitting devices are arranged in parallel and connected to each other, and at least one line of the electron-emitting devices is provided.

【0031】第10の発明は、前記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べく、前記第1の
電極と電気的に繋がっている第1の配線と、前記第2の
電極と電気的に繋がっている第2の配線とがマトリクス
配置されていて、前記第3の電極と電気的に繋がってい
る第3の配線があることを特徴とする電子源である。
A tenth aspect of the present invention has at least one row of the electron-emitting devices in which a plurality of the electron-emitting devices are arranged, and the first electrodes and the electric electrodes are connected to drive the electron-emitting devices. Electrically connected to each other and the second electrode electrically connected to the second electrode are arranged in a matrix, and electrically connected to the third electrode third electrode. It is an electron source characterized by the presence of wiring.

【0032】第11の発明は、前記第3の配線が、前記
第2の配線と並列に配されていることを特徴とする電子
源である。
An eleventh invention is an electron source characterized in that the third wiring is arranged in parallel with the second wiring.

【0033】第12の発明は、前記電子源と、該電子源
から放出された電子によって画像を形成する画像形成部
材と、を備え、情報信号により前記電子源の各電子放出
素子の電子量を制御することを特徴とする画像形成装置
である。
A twelfth aspect of the invention is provided with the electron source and an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source, wherein the electron amount of each electron-emitting device of the electron source is determined by an information signal. The image forming apparatus is characterized by being controlled.

【0034】第13の発明は、前記画像形成部材は、蛍
光体であることを特徴とする画像形成装置である。
A thirteenth invention is the image forming apparatus wherein the image forming member is a phosphor.

【0035】[0035]

【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.

【0036】本実施の形態にかかる電子放出素子の特徴
は、基板上に、第1の電極と、第1の電極と絶縁された
第2の電極と、第2の電極上に設けられた電子放出材料
と、を有し、且つ第1の電極及び第2の電極と絶縁され
た第3の電極を第2の電極と同一平面上又はより基板側
に有することである。
The electron-emitting device according to this embodiment is characterized in that the first electrode, the second electrode insulated from the first electrode, and the electron provided on the second electrode are provided on the substrate. And a third electrode having an emitting material and insulated from the first electrode and the second electrode on the same plane as the second electrode or on the substrate side.

【0037】このように構成された本実施の形態にかか
る電子放出素子では、カソード電極である第2の電極と
同一平面上又はそれよりも基板側に設けられた第3の電
極にカソード電極よりも低い電位を与えることによっ
て、第1の電極であるゲート電極と、カソード電極との
間に形成される等電位面が凹型となり、電子放出材料か
ら放出された電子が、絶縁層に入射し、絶縁層をチャー
ジアップさせる虞を軽減出来、さらに陽極であるアノー
ドに到達した時の電子のビーム径も小さくすることが出
来る。
In the electron-emitting device according to the present embodiment having such a configuration, the third electrode provided on the same plane as the second electrode which is the cathode electrode or on the substrate side of the second electrode is connected to the cathode electrode. By applying a low potential, the equipotential surface formed between the gate electrode, which is the first electrode, and the cathode electrode becomes concave, and the electrons emitted from the electron-emitting material enter the insulating layer, The risk of charging up the insulating layer can be reduced, and the beam diameter of electrons when reaching the anode, which is the anode, can be reduced.

【0038】また、電子が放出される場所がカソード電
極表面により近い場合には、つまり、電子放出材料が薄
膜である場合には、集束電極である第3の電極が、カソ
ード電極と同一平面上もしくはより基板に近い位置にあ
る場合の方が、電子が電子放出材料から放出された直後
にその影響を受けることが出来るため、集束電極が、ゲ
ート電極と同一平面上にある場合よりも効果が大きい。
また、本発明の方が、集束電極がゲート電極とアノード
との間にある場合よりも、集束電極の影響をより放出さ
れた電子に与えることが出来る。
When the place where the electrons are emitted is closer to the surface of the cathode electrode, that is, when the electron emitting material is a thin film, the third electrode which is the focusing electrode is on the same plane as the cathode electrode. Alternatively, when the position is closer to the substrate, electrons can be affected immediately after being emitted from the electron-emitting material, so that the effect is more effective than when the focusing electrode is on the same plane as the gate electrode. large.
In addition, the present invention can exert the influence of the focusing electrode on the emitted electrons more than when the focusing electrode is between the gate electrode and the anode.

【0039】また、集束電極とカソード電極との間の距
離を画素内で変えることによって、つまり、集束電極と
カソード電極との間の距離のうち、より画素の端部に近
い方を狭くすることによって、ゲート電極とカソード電
極との間に形成される等電位面の形が非対称となり、放
出された電子がより画素の中央部に集まり、画素として
の電子ビームの径をより小さくすることが出来る。この
ため、電子放出のために使用出来る画素領域をより広く
取ることが出来るため、より多くの放出電流を得ること
が出来る。集束電極がカソード電極と同一平面上にある
場合には、集束電極とカソード電極を同一プロセスで作
製出来るため、集束電極とカソード電極との間の距離を
より制御良く作成することが出来る。
By changing the distance between the focusing electrode and the cathode electrode within the pixel, that is, by narrowing the distance between the focusing electrode and the cathode electrode, whichever is closer to the end of the pixel. By this, the shape of the equipotential surface formed between the gate electrode and the cathode electrode becomes asymmetric, and the emitted electrons are more concentrated in the central portion of the pixel, and the diameter of the electron beam as the pixel can be made smaller. . Therefore, the pixel area that can be used for electron emission can be made wider, and more emission current can be obtained. When the focusing electrode is on the same plane as the cathode electrode, the focusing electrode and the cathode electrode can be produced in the same process, so that the distance between the focusing electrode and the cathode electrode can be produced with better control.

【0040】図1には本実施の形態により作製した電子
放出素子の概略平面図を、図2には図1におけるA―A
´線での概略斜視図の一例を示す。
FIG. 1 is a schematic plan view of an electron-emitting device manufactured according to this embodiment, and FIG. 2 is a line A--A in FIG.
An example of the schematic perspective view by a line is shown.

【0041】図1及び図2において、11は基板、12
はカソード電極、13a及び13bは絶縁層、14はゲ
ート電極、15は電子放出膜、16は集束電極、W1は
開口幅、W2はカソード電極と集束電極との間隔であ
る。
In FIGS. 1 and 2, 11 is a substrate and 12 is
Is a cathode electrode, 13a and 13b are insulating layers, 14 is a gate electrode, 15 is an electron emission film, 16 is a focusing electrode, W1 is an opening width, and W2 is a distance between the cathode electrode and the focusing electrode.

【0042】開口幅W1及びカソード電極と集束電極と
の間隔W2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n
mから数μmの範囲で選択される。また、開口幅W1及
びカソード電極と集束電極との間隔W2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
が出来る。
The opening width W1 and the distance W2 between the cathode electrode and the focusing electrode depend on the work function of the material forming the device and the material of the electron emission film 15, the voltage for driving, the shape of the emitted electron beam required, and the like. It is set appropriately. Usually, it is set in the range of several tens nm to several tens of μm, preferably several hundreds n.
It is selected in the range of m to several μm. Further, the opening width W1 and the distance W2 between the cathode electrode and the focusing electrode may be different in size or the same in 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.

【0043】図2に示す本実施の形態にかかる素子は、
基板上にカソード電極とゲート電極が絶縁層を介して積
層され、ゲート電極及び絶縁層をそれぞれ貫通する開口
が形成されており、この開口内に電子放出膜が設けられ
ており、さらにカソード電極と同一平面上に集束電極が
絶縁層を介して設けられている電子放出素子である。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、電子放出膜から電子を放出させ、集束電極に
カソード電極よりも低い電圧を印加することによって、
電子放出膜15から放出された電子が絶縁層に入射し、
絶縁層がチャージアップする虞を軽減し、電子ビームの
径を小さくする。
The element according to the present embodiment shown in FIG.
The cathode electrode and the gate electrode are laminated on the substrate with the insulating layer interposed therebetween, and the openings penetrating the gate electrode and the insulating layer are formed, and the electron emission film is provided in the opening. This is an electron-emitting device in which a focusing electrode is provided on the same plane via an insulating layer. By applying a voltage higher than that of the cathode electrode to the gate electrode, electrons are emitted from the electron emission film, and by applying a voltage lower than that of the cathode electrode to the focusing electrode,
The electrons emitted from the electron emission film 15 enter the insulating layer,
The risk of charge-up of the insulating layer is reduced, and the diameter of the electron beam is reduced.

【0044】図3は、ゲート電極及び集束電極に電圧を
印加して駆動した時の、ある開口内での等電位面の状態
を示した概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a state of an equipotential surface within a certain opening when a voltage is applied to the gate electrode and the focusing electrode to drive the same.

【0045】図3において、17は開口内での等電位面
である。
In FIG. 3, reference numeral 17 denotes an equipotential surface inside the opening.

【0046】等電位面17はゲート電極及び集束電極に
印加する電圧の関係及び、カソード電極と集束電極との
間隔や、絶縁層の厚さによって変化するが、図3に示す
ように、開口内で凹型となり、電子放出膜から放出され
た電子は開口中心部へ向かう方向に放出される。このた
め、電子の入射による絶縁層のチャージアップの虞を軽
減出来、さらにアノードに到達した時の電子のビーム径
を小さくすることが出来る。
The equipotential surface 17 changes depending on the relationship between the voltages applied to the gate electrode and the focusing electrode, the distance between the cathode electrode and the focusing electrode, and the thickness of the insulating layer. As shown in FIG. The electron is emitted from the electron emission film in the direction toward the center of the opening. Therefore, the risk of charge-up of the insulating layer due to the incidence of electrons can be reduced, and the beam diameter of the electrons when reaching the anode can be reduced.

【0047】図2及び図3において、電子放出部のみ図
示しているが、本発明の電子放出素子を駆動する際に
は、電子放出部から放出された電子を引きつけるアノー
ドを電子放出部と対向して設ける。
2 and 3, only the electron emitting portion is shown, but when driving the electron emitting device of the present invention, the anode for attracting electrons emitted from the electron emitting portion faces the electron emitting portion. Set up.

【0048】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4
は、本実施の形態にかかる電子放出素子の電子放出部の
製造方法の一例を示した概略断面図である。
The electron-emitting device of the present invention described above will be described in detail with reference to more preferable embodiments. Figure 4
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing an electron emitting portion of an electron emitting device according to this embodiment.

【0049】まず、図4(a)に示すように、基板11
上に、絶縁層13aを積層する。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SiO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上に絶縁層13aを積層する。
First, as shown in FIG. 4A, the substrate 11
An insulating layer 13a is laminated on top. The surface of which is thoroughly cleaned in advance, quartz glass, glass with a reduced content of impurities such as Na, soda lime glass, a laminated body in which SiO 2 is laminated on a silicon substrate, etc. by a sputtering method, insulation of ceramics such as alumina One of the substrates is the substrate 11
The insulating layer 13a is laminated on the substrate 11.

【0050】絶縁層13aは、スパッタ法、CVD(C
hemical 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、数十nmから数μmの範囲で設定さ
れ、好ましくは数百nmから数μmの範囲から選択され
る。望ましい材料としてはSiO2、SiN、Al
23、Ta25、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 13a is formed by sputtering, CVD (C
(hemal vapor Deposition)
It is formed by a general vacuum film forming method such as a vapor deposition method or a vapor deposition method, and its thickness is set in the range of several tens nm to several μm, preferably selected from the range of several hundred nm to several μm. Preferred materials are SiO 2 , SiN, Al
A material having a high breakdown voltage capable of withstanding a high electric field such as 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and CaF is desirable.

【0051】次に、図4(b)に示すように、絶縁層1
3a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18aを形成する。マスクパターン18a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. 4B, the insulating layer 1
A mask pattern 18a is formed on 3a by a photolithography technique. The mask pattern 18a is formed except a portion which is etched to form an opening in the next process.

【0052】そして、図4(c)に示すように、絶縁層
13aに開口を形成する。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、絶縁層13aを貫通
する様に行っても良いし、絶縁層13aの途中で停止し
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13a材料に応じて選択すれば良い。
Then, as shown in FIG. 4C, an opening is formed in the insulating layer 13a. The opening is formed by etching, and the main etching process may be performed so as to penetrate the insulating layer 13a or may be stopped in the middle of the insulating layer 13a. The present etching method may be selected according to the material of the insulating layer 13a to be etched.

【0053】図4(d)に示すように、マスクパターン
18aを除去する。
As shown in FIG. 4D, the mask pattern 18a is removed.

【0054】続いて、図4(e)に示すように、カソー
ド電極12及び集束電極16を積層する。
Then, as shown in FIG. 4E, the cathode electrode 12 and the focusing electrode 16 are laminated.

【0055】カソード電極12及び集束電極16は一般
的に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般
的真空成膜技術により形成される。カソード電極ライン
12の材料は、例えば、Be、Mg、Ti、Zr、H
f、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、C
r、Au、Pt、Pd等の金属または合金材料、Ti
C、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等の炭化
物、HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、G
dB4等の硼化物、TiN、ZrN、HfN等の窒化
物、Si、Ge等の半導体、有機高分子材料等から適宜
選択される。カソード電極12の厚さとしては、数十n
m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 and the focusing electrode 16 are generally conductive and are formed by a general vacuum film forming technique such as a vapor deposition method and a sputtering method. The material of the cathode electrode line 12 is, for example, Be, Mg, Ti, Zr, H.
f, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, C
Metal or alloy material such as r, Au, Pt, Pd, Ti
Carbides such as C, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 , CeB 6 , YB 4 , G
It is appropriately selected from borides such as dB 4 , nitrides such as TiN, ZrN and HfN, semiconductors such as Si and Ge, organic polymer materials and the like. The thickness of the cathode electrode 12 is several tens of n
It is set in the range of m to several mm, and is preferably selected in the range of several hundred nm to several μm.

【0056】そして、図4(f)に示すようにカソード
電極12と集束電極16を絶縁層13aによって絶縁し
た状態の形状を形成する。CMP(Chemical
Mechanical Polishing)法等によ
って、絶縁層13a上に堆積している余分なカソード電
極12及び集束電極16を除去する。
Then, as shown in FIG. 4F, a shape is formed in which the cathode electrode 12 and the focusing electrode 16 are insulated by the insulating layer 13a. CMP (Chemical
The excess cathode electrode 12 and the focusing electrode 16 deposited on the insulating layer 13a are removed by a mechanical polishing method or the like.

【0057】続いて、図4(g)に示すように絶縁層1
3b及びゲート電極14を積層する。絶縁層13bは、
スパッタ法、CVD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μm
の範囲で設定され、好ましくは数十nmから数百nmの
範囲から選択される。望ましい材料としてはSiO2
SiN、Al23、Ta25、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。
Subsequently, as shown in FIG. 4G, the insulating layer 1
3b and the gate electrode 14 are laminated. The insulating layer 13b is
It is formed by a general vacuum film forming method such as a sputtering method, a CVD method, or a vapor deposition method, and its thickness is several nm to several μm.
Is set in the range of, and preferably selected from the range of several tens nm to several hundreds nm. SiO 2 is a preferable material,
A material having a high breakdown voltage capable of withstanding a high electric field such as SiN, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , and CaF is desirable.

【0058】なお、絶縁層13aと絶縁層13b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 insulating layer 13a and the insulating layer 13b may be made of the same material or different materials, and may be formed by the same method or different methods.

【0059】更に、絶縁層13bに続き、ゲート電極1
4を堆積する。ゲート電極14は、カソード電極12及
び集束電極16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、Ti、Zr、Hf、V、Nb、T
a、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、
Pd等の金属または合金材料、TiC、ZrC、Hf
C、TaC、SiC、WC等の炭化物、HfB2、Zr
B2、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。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。
Further, following the insulating layer 13b, the gate electrode 1
4 is deposited. The gate electrode 14 has conductivity similarly to the cathode electrode 12 and the focusing electrode 16, and the vapor deposition method,
It is formed by a general vacuum film forming technique such as a sputtering method or a photolithography technique. The material of the gate electrode 14 is
For example, Be, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
a, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt,
Metal or alloy material such as Pd, TiC, ZrC, Hf
Carbides such as C, TaC, SiC, WC, HfB2, Zr
It is appropriately selected from borides such as B2, LaB6, CeB6, YB4 and GdB4, nitrides such as TiN, ZrN and HfN, semiconductors such as Si and Ge, organic polymer materials and the like. 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.

【0060】なお、ゲート電極14とカソード電極12
及び集束電極16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 gate electrode 14 and the cathode electrode 12
The focusing electrode 16 may be made of the same material or different materials,
Further, the same forming method or different methods may be used.

【0061】次に、図4(h)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18bを形成する。マスクパターン18b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。ここでは、次工程で、絶縁層13b
及びゲート電極14を貫通する開口を形成した際に、丁
度カソード電極12の端と一致している形となっている
が、少々ずれても構わない。また、次工程で、絶縁層1
3b及びゲート電極14を貫通する開口を形成した際
に、絶縁層13b及びゲート電極14が、カソード電極
12の一部を覆っていても良いし、絶縁層13aの一部
が見えていても良い。好ましくは、次工程で、絶縁層1
3b及びゲート電極14を貫通する開口を形成した際
に、その開口の中心と、カソード電極12の中心とが一
致している方が良い。
Next, as shown in FIG. 4H, a mask pattern 18b is formed on the gate electrode 14 by a photolithography technique. The mask pattern 18b is
It is formed except for a portion which is etched to form an opening in the next step. Here, in the next step, the insulating layer 13b is formed.
Also, when the opening penetrating the gate electrode 14 is formed, the shape is exactly aligned with the end of the cathode electrode 12, but it may be slightly shifted. In addition, in the next step, the insulating layer 1
When the opening penetrating 3b and the gate electrode 14 is formed, the insulating layer 13b and the gate electrode 14 may cover a part of the cathode electrode 12 or a part of the insulating layer 13a may be visible. . Preferably, in the next step, the insulating layer 1
When the opening penetrating 3b and the gate electrode 14 is formed, the center of the opening and the center of the cathode electrode 12 are preferably aligned with each other.

【0062】そして、図4(i)に示すように、絶縁層
13b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. 4I, an opening penetrating the insulating layer 13b and the gate electrode 14 is formed.

【0063】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及び、場合によっては絶縁層
13a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13bとゲート電極14、及びカソ
ード電極12と絶縁層13a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 and, in some cases, the insulating layer 13a may be removed. The present etching method may be selected according to the materials of the insulating layer 13b and the gate electrode 14 and the cathode electrode 12 and the insulating layer 13a which are the etching targets.

【0064】続いて、図4(j)に示すように、電子放
出膜15を堆積する。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炭素化合物が良い。電子放出膜1
5の膜厚としては、数nmから数μmの範囲で設定さ
れ、好ましくは数nmから数百nmの範囲で選択され
る。
Subsequently, as shown in FIG. 4J, the electron emission film 15 is deposited. The electron emission film 15 is formed by a general vacuum film forming technique such as a CVD method, a vapor deposition method, and a sputtering method. The material of the electron emission film 15 is, for example, graphite,
Fullerene, carbon nanotubes, amorphous carbon, diamond-like carbon, diamond-dispersed carbon and carbon compounds are appropriately selected. A carbon compound having a low work function is preferable. Electron emission film 1
The film thickness of 5 is set in the range of several nm to several μm, and is preferably selected in the range of several nm to several hundred nm.

【0065】最後に、図4(k)に示すように、マスク
パターン18bを除去し、電子放出素子が完成する。
Finally, as shown in FIG. 4K, the mask pattern 18b is removed and the electron-emitting device is completed.

【0066】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.

【0067】図10を用いて、本発明の電子放出素子を
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 the present invention will be described with reference to FIG.

【0068】120は電子源基体、121は集束電極配
線、122はカソード電極配線、123はゲート電極配
線、124は本発明の電子放出素子、125は結線であ
る。
Reference numeral 120 is an electron source substrate, 121 is a focusing electrode wiring, 122 is a cathode electrode wiring, 123 is a gate electrode wiring, 124 is an electron-emitting device of the present invention, and 125 is a connection.

【0069】集束電極配線121は、Df1、Df2、
…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
が出来る。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。
The focusing electrode wiring 121 includes Df1, Df2,
It can be formed of a conductive metal or the like, which is composed of m wirings and is 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.

【0070】カソード電極配線122は、Dc1、Dc
2、…Dcnのm本の配線から成り、集束電極配線12
1と同様に形成される。
The cathode electrode wiring 122 has Dc1 and Dc.
2, ... Consisting of m wirings of Dcn, focusing electrode wiring 12
It is formed similarly to 1.

【0071】ゲート電極配線123は、Dg1、Dg
2、…Dgnのn本の配線から成り、集束電極配線12
1と同様に形成される。
The gate electrode wiring 123 has Dg1 and Dg
2, ... Dgn consisting of n wires and focusing electrode wire 12
It is formed similarly to 1.

【0072】これらm本の集束電極配線121と、m本
のカソード電極配線122と、n本のゲート電極配線1
23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。
These m focusing electrode wirings 121, m cathode electrode wirings 122, and n gate electrode wirings 1
An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the electrodes 23 and 23 to electrically separate the two. Here, both m and n are positive integers.

【0073】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SiO等で構成
される。不図示の層間絶縁層は、集束電極配線121と
カソード電極配線122とゲート電極配線123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。集束電極配線121とカソード電極配線
122とゲート電極配線123は、それぞれ外部端子と
して引き出されている。
The interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by a vacuum vapor deposition method, a printing method, a sputtering method or the like. The thickness, material, and manufacturing method of the interlayer insulating layer (not shown) are appropriately set so as to withstand the potential difference at the intersection of the focusing electrode wiring 121, the cathode electrode wiring 122, and the gate electrode wiring 123. The focusing electrode wiring 121, the cathode electrode wiring 122, and the gate electrode wiring 123 are drawn out as external terminals.

【0074】電子放出素子124を構成する電極層であ
る、不図示の集束電極16、カソード電極12、及びゲ
ート電極14は、それぞれ、m本の集束電極配線12
1、m本のカソード電極配線122及びn本のゲート電
極配線123と導電性金属等から成る結線125によっ
て電気的に接続されている。
Focusing electrodes 16, cathode electrodes 12, and gate electrodes 14 (not shown), which are the electrode layers constituting the electron-emitting device 124, are respectively provided with m focusing electrode wirings 12.
The 1 and m cathode electrode wirings 122 and the n gate electrode wirings 123 are electrically connected to each other by connection lines 125 made of a conductive metal or the like.

【0075】集束電極配線121、カソード電極配線1
22、ゲート電極配線123、結線125、及び素子電
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。
Focusing electrode wiring 121, cathode electrode wiring 1
The constituent materials of 22, the gate electrode wiring 123, the connection 125, and the device electrode may be the same or different in some or all of their constituent elements.

【0076】これらの材料は、例えば、前述の電子放出
素子124の素子電極であるカソード電極12、ゲート
電極14及び集束電極16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出
来る。また、素子電極を配線電極として用いることも出
来る。
These materials are appropriately selected, for example, from the materials of the cathode electrode 12, the gate electrode 14 and the focusing electrode 16 which are the device electrodes of the electron-emitting device 124 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 device electrode can be used as a wiring electrode.

【0077】集束電極配線121は、カソード電極12
よりも低い電圧を与える電圧印加装置に繋がっていて、
ある一定の電圧を印加しておけば良い。また、カソード
電極配線122には、X方向に配列した電子放出素子1
24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、ゲート電極配
線123には、Y方向に配列した電子放出素子124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124に印
加される駆動電圧は、当該電子放出素子124に印加さ
れる走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
The focusing electrode wiring 121 is connected to the cathode electrode 12.
Connected to a voltage application device that gives a lower voltage than
It is only necessary to apply a certain voltage. Further, the cathode electrode wiring 122 has electron emission devices 1 arranged in the X direction.
A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal is connected to select 24 rows. On the other hand, the gate electrode wiring 123 is connected with a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the electron-emitting devices 124 arranged in the Y direction according to an input signal. The drive voltage applied to each electron-emitting device 124 is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the electron-emitting device 124.

【0078】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124を選択し、独立
に駆動可能とすることが出来る。
In the above structure, individual electron-emitting devices 124 can be selected and driven independently by using simple matrix wiring.

【0079】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11を用いて
説明する。図11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. 11 is a schematic view showing an example of the display panel of the image forming apparatus.

【0080】120は電子放出素子を複数配した電子源
基体、131は電子源基体120を固定したリアプレー
ト、136はガラス基体133の内面に画像形成部材で
ある蛍光体としての蛍光膜134とメタルバック135
等が形成されたフェースプレートである。
Reference numeral 120 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged, 131 denotes a rear plate to which the electron source substrate 120 is fixed, 136 denotes an inner surface of a glass substrate 133, and a fluorescent film 134 as a fluorescent substance which is an image forming member and a metal. Back 135
Etc. is a face plate on which are formed.

【0081】132は支持枠であり、支持枠132に
は、リアプレート131、フェースプレート136がフ
リットガラス等を用いて接続されている。
Reference numeral 132 denotes a support frame, and the rear plate 131 and the face plate 136 are connected to the support frame 132 by using frit glass or the like.

【0082】137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 137 denotes an envelope, which is, for example, in the atmosphere or nitrogen in a temperature range of 400 to 500 degrees.
By firing for more than a minute, it is sealed and configured.

【0083】なお、リアプレート131は主に基体12
0 の強度を補強する目的で設けられるため、基体12
0自体で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート
131は不要とすることが出来る。即ち、基体120に
直接支持枠132を封着し、フェースプレート136、
支持枠132及び基体120で外囲器137を構成して
も良い。
The rear plate 131 is mainly used for the base 12.
Since it is provided for the purpose of reinforcing the strength of 0, the base 12
If 0 itself has sufficient strength, the separate rear plate 131 can be omitted. That is, the support frame 132 is directly sealed to the base 120, and the face plate 136,
The envelope 137 may be configured by the support frame 132 and the base body 120.

【0084】一方、フェースープレート136、リアプ
レート131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137を構成することも出来る。
On the other hand, by installing a support member (not shown) called a spacer between the face plate 136 and the rear plate 131, it is possible to construct the envelope 137 having sufficient strength against atmospheric pressure. I can.

【0085】なお、本発明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124上部に蛍光体(蛍光膜134)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 invention, the phosphor (fluorescent film 134) is aligned and arranged above the electron-emitting device 124 in consideration of the emitted electron trajectory.

【0086】図12は、本件のパネルに使用した蛍光膜
134を示す模式図である。カラーの蛍光膜の場合は、
蛍光体142の配列により図12(a)に示すブラック
ストライプ又は図12(b)に示すブラックマトリクス
と呼ばれる黒色導電材141と蛍光体142とから蛍光
膜134を構成した。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the fluorescent film 134 used in the panel of the present case. In case of color fluorescent film,
A fluorescent film 134 is composed of a black conductive material 141 called a black stripe shown in FIG. 12A or a black matrix shown in FIG.

【0087】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
ことが出来る。
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.

【0088】[0088]

【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.

【0089】[実施例1]図1に、実施例1により作製
した電子放出素子の概略平面図、図2に図1におけるA
―A´線での概略斜視図の一例、及び図4に本実施例の
電子放出素子の製造方法の一例を示す。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic plan view of an electron-emitting device manufactured according to Embodiment 1, and FIG.
An example of a schematic perspective view taken along the line A'and FIG. 4 show an example of a method for manufacturing the electron-emitting device of this example.

【0090】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。
The manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment will be described in detail below.

【0091】(工程1)まず、図4(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、絶縁層13aとして厚さ
1μmのSiO2を堆積した。
(Step 1) First, as shown in FIG. 4A, quartz is used for the substrate 11, and after sufficient cleaning, a 1 μm thick insulating layer 13 a is formed on the substrate 11 by the sputtering method. SiO 2 was deposited.

【0092】(工程2)次に、図4(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18aを形成した。マスクパターン18a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。
(Step 2) Next, as shown in FIG. 4B, spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / made by Clariant) and exposure and development of a photomask pattern are performed by photolithography to form a mask pattern. 18a was formed. The mask pattern 18a is formed except for the portion which is dry-etched to form an opening in the next step.

【0093】(工程3)そして、図4(c)に示すよう
に、マスクパターン18aをマスクとして、CF4を用
いて、絶縁層13aをドライエッチングし、絶縁層13
aを貫通する開口を形成した。本実施例では、開口は略
長方形であり、その開口幅W1は1μm、そのカソード
電極12と集束電極16との間隔W2は400nmとし
た。
(Step 3) Then, as shown in FIG. 4C, the insulating layer 13a is dry-etched by using CF4 with the mask pattern 18a as a mask.
An opening was formed through a. In this embodiment, the opening has a substantially rectangular shape, the opening width W1 is 1 μm, and the distance W2 between the cathode electrode 12 and the focusing electrode 16 is 400 nm.

【0094】(工程4)次に、図4(d)に示すよう
に、マスクパターン18aを完全に除去した。
(Step 4) Next, as shown in FIG. 4D, the mask pattern 18a was completely removed.

【0095】(工程5)続いて、図4(e)に示すよう
に、スパッタ法により、カソード電極12及び集束電極
16として厚さ1.5μm程度のTaを積層した。
(Step 5) Subsequently, as shown in FIG. 4E, Ta having a thickness of about 1.5 μm was laminated as the cathode electrode 12 and the focusing electrode 16 by the sputtering method.

【0096】(工程6)そして、図4(f)に示すよう
に、CMP法によって絶縁層13a上に堆積している余
分なカソード電極12及び集束電極16を除去した。
(Step 6) Then, as shown in FIG. 4F, the extra cathode electrode 12 and the focusing electrode 16 deposited on the insulating layer 13a were removed by the CMP method.

【0097】(工程7)次に、図4(g)に示すよう
に、絶縁層13a、カソード電極12及び集束電極16
上に、スパッタ法により、絶縁層13bとして厚さ1μ
mのSiO2、ゲート電極14として厚さ100nmの
Taをこの順で堆積した。
(Step 7) Next, as shown in FIG. 4G, the insulating layer 13a, the cathode electrode 12 and the focusing electrode 16 are formed.
An insulating layer 13b having a thickness of 1 μm is formed thereon by the sputtering method.
m of SiO 2 and Ta having a thickness of 100 nm as the gate electrode 14 were deposited in this order.

【0098】(工程8)次に、図4(h)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18bを形成した。マスクパターン18b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。
(Step 8) Next, as shown in FIG. 4H, spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant), exposure and development of a photomask pattern are performed by photolithography, and a mask pattern is obtained. 18b was formed. The mask pattern 18b is formed except for a portion which is dry-etched to form an opening in the next step.

【0099】(工程9)そして、図4(i)に示すよう
に、マスクパターン18bをマスクとして、Cl、C
4、CHF3、Ar、及びO2ガスを用いて、絶縁層1
3b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13b及び
ゲート電極14を貫通する開口を形成した。
(Step 9) Then, as shown in FIG. 4I, Cl 2 and C are used with the mask pattern 18b as a mask.
Insulating layer 1 using F 4 , CHF 3 , Ar, and O 2 gas
3b and the gate electrode 14 were dry-etched, the etching was stopped at the cathode electrode 12, and an opening penetrating the insulating layer 13b and the gate electrode 14 was formed.

【0100】(工程10)次に、CVD法により、図4
(j)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 10) Next, as shown in FIG.
As shown in (j), as the electron emission film 15, a diamond-like carbon film was deposited 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11)最後に、図4(k)に示すよ
うに、マスクパターン18bを完全に除去し、本実施例
の電子放出素子を完成させた。
(Step 11) Finally, as shown in FIG. 4K, the mask pattern 18b was completely removed to complete the electron-emitting device of this example.

【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。ここで、
19はアノード、Vaはカソード電極12とアノード1
9との電位差、Vgはゲート電極14とカソード電極1
2との電位差、Vfは集束電極16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。Vg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 electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. 5 to emit electrons. here,
19 is an anode, Va is a cathode electrode 12 and an anode 1
9 is a potential difference between the gate electrode 14 and the cathode electrode 1.
2 is the potential difference from V2, Vf is the focusing electrode 16 and the cathode electrode 12.
And D1 is the distance between the gate electrode 14 and the anode 19. The electrons emitted from the electron emission film 15 by the electric field formed by Vg are attracted to the anode 19 by Va.

【0103】本実施例では、Va=5kV、Vg=20
V、D1=1mmとした。ゲート電極14とカソード電
極12との間に電流を計測できる機器を配置し、電子放
出時のゲート電流を測定した。また、アノード19とし
ては蛍光体を塗布した電極を用い、電子ビーム径を観察
した。ここで言うゲート電流とは、電子放出時にゲート
電極14とカソード電極12との間に流れる電流であ
る。また、ここで言う電子ビーム径とは、発光した蛍光
体のピーク輝度の10%の領域までのサイズである。
In this embodiment, Va = 5 kV and Vg = 20.
V and D1 = 1 mm. A device capable of measuring a current was placed between the gate electrode 14 and the cathode electrode 12, and the gate current at the time of electron emission was measured. Further, an electrode coated with a phosphor was used as the anode 19, and the electron beam diameter was observed. The gate current mentioned here is a current flowing between the gate electrode 14 and the cathode electrode 12 at the time of electron emission. In addition, the electron beam diameter referred to here is a size up to 10% of the peak luminance of the phosphor that has emitted light.

【0104】本実施例と同じ画素サイズで、集束電極1
6を有せず、画素内の基板11上にカソード電極12を
1面に有するものと比較すると、Vfが2V、4V、6
V、8V、及び10Vとした場合のゲート電流は、それ
ぞれ約97%、41%、27%、3%、及び1%以下に
減少した。
Focusing electrode 1 having the same pixel size as that of this embodiment
Vf is 2V, 4V, 6 when compared with one that does not have 6 and has the cathode electrode 12 on one surface on the substrate 11 in the pixel.
The gate currents at V, 8V, and 10V decreased to about 97%, 41%, 27%, 3%, and 1% or less, respectively.

【0105】ゲート電流が大きければ大きいほど、電子
放出膜15から放出された電子がゲート電極14に衝突
していると考えられ、従って、ゲート電極14とカソー
ド電極12との間にある絶縁層13bにも衝突している
と考えられる。ゲート電流が流れてしまうと、消費電力
の増大を招き、また、放出された電子が絶縁層13bに
衝突してしまうと、絶縁層のチャージアップによる放電
等の問題が生じてしまう虞があるため、ゲート電流は少
ない方が望ましい。
It is considered that the electrons emitted from the electron emission film 15 collide with the gate electrode 14 as the gate current increases, and therefore the insulating layer 13b between the gate electrode 14 and the cathode electrode 12 is formed. It is thought that it has collided with. If the gate current flows, power consumption increases, and if the emitted electrons collide with the insulating layer 13b, a problem such as discharge due to charge-up of the insulating layer may occur. It is desirable that the gate current is small.

【0106】また、Vfが2V、4V、6V、8V、及
び10Vとした場合の電子ビーム径は、集束電極16を
有しない場合と比べ、それぞれ約99%、93%、82
%、58%、及び29%と小さくなった。電子ビーム径
が小さければ小さいほど、画像形成装置等に用いた際
に、高精細化が可能となるため、電子ビーム径は小さい
方が望ましい。
Further, the electron beam diameters when Vf is 2 V, 4 V, 6 V, 8 V, and 10 V are about 99%, 93%, and 82, respectively, as compared with the case where the focusing electrode 16 is not provided.
%, 58%, and 29%. The smaller the electron beam diameter, the higher the definition becomes possible when used in an image forming apparatus or the like. Therefore, the smaller electron beam diameter is desirable.

【0107】[実施例2]図6には実施例2により作製
した電子放出素子の概略平面図を、また図7には図6に
おけるA―A´線での概略斜視図を示す。
[Embodiment 2] FIG. 6 is a schematic plan view of an electron-emitting device manufactured according to Embodiment 2, and FIG. 7 is a schematic perspective view taken along the line AA ′ in FIG.

【0108】本実施例では、集束電極がカソード電極よ
りも基板側に設けられた例を示す。ここでは、本実施例
の特徴部分のみを説明し、重複する説明は省略する。
This embodiment shows an example in which the focusing electrode is provided closer to the substrate than the cathode electrode. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.

【0109】(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、集束電極16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14
として厚さ100nmのAlをこの順で堆積した。
(Step 1) First, as shown in FIG. 8A, after using quartz for the substrate 11 and performing sufficient cleaning, a focusing electrode 16 having a thickness of 1 μm was formed on the substrate 11 by a sputtering method. Ti was laminated. Then, by the sputtering method,
The insulating layer 13 has a thickness of 1 μm, SiN, and the gate electrode 14
As a result, 100 nm thick Al was deposited in this order.

【0110】(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18を形成した。マスクパターン18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。本実施例では、開口は略長方形であ
り、その開口幅W1は0.5μmとした。
(Step 2) Next, as shown in FIG. 8B, the spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / Clariant) and the photomask pattern are exposed and developed by photolithography to form a mask pattern. 18 was formed. The mask pattern 18 is formed except for a portion which is dry-etched to form an opening in the next step. In this embodiment, the opening has a substantially rectangular shape, and the opening width W1 is 0.5 μm.

【0111】(工程3)そして、図8(c)に示すよう
に、マスクパターン18をマスクとして、Cl 、CF
、CHF、Ar、及びOガスを用いて、絶縁層1
3及びゲート電極14をドライエッチングし、絶縁層1
3を0.7μm掘り込んだところでエッチングを停止さ
せた。
(Step 3) Then, as shown in FIG.
Then, using the mask pattern 18 as a mask, Cl Two, CF
Four, CHFThree, Ar, and OTwoInsulating layer 1 using gas
3 and the gate electrode 14 are dry-etched to form the insulating layer 1
Etching was stopped when 0.7 μm of 3 was dug.
Let

【0112】(工程4)次に、図8(d)に示すよう
に、スパッタ法により、カソード電極12として厚さ2
00nmのAlを堆積した。続いて、CVD法により、
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、C
とHとNの混合ガスを用いた。
(Step 4) Next, as shown in FIG. 8D, a cathode electrode 12 having a thickness of 2 is formed by a sputtering method.
00 nm of Al was deposited. Then, by the CVD method,
As the electron emission film 15, a diamond-like carbon film was deposited on the bottom surface of the opening by about 50 nm. The reaction gas is C
A mixed gas of H 4 , H 2 and N 2 was used.

【0113】(工程5)最後に、図8(e)に示すよう
に、マスクパターン18を完全に除去し、本実施例の電
子放出素子を完成させた。
(Step 5) Finally, as shown in FIG. 8E, the mask pattern 18 was completely removed, and the electron-emitting device of this example was completed.

【0114】以上のようにして作製した電子放出素子を
図5に示すものと同様の構成において、Va=5kV、
Vb=20V、D1=1mm、Vf=−40Vで駆動
し、電子放出させた。
The electron-emitting device manufactured as described above has the same structure as that shown in FIG. 5 with Va = 5 kV,
Electrons were emitted by driving at Vb = 20V, D1 = 1 mm and Vf = −40V.

【0115】本実施例と同じ画素サイズで、集束電極1
6を有さず、画素内の基板11上にカソード電極12を
1面に有するものと比較すると、ゲート電流及び電子ビ
ーム径は、それぞれ約54%及び83%に減少した。
Focusing electrode 1 having the same pixel size as that of this embodiment
6, the gate current and the electron beam diameter were reduced to about 54% and 83%, respectively, as compared with one having the cathode electrode 12 on one surface on the substrate 11 in the pixel.

【0116】本実施例に示す電子放出素子においても、
集束電極16に負の電圧を印加することによって、実施
例1と同様に、ゲート電流及び電子ビーム径の低減の効
果が得られた。ここで言うゲート電流及び電子ビーム径
は、実施例1で記述したものと同じである。
Also in the electron-emitting device shown in this embodiment,
By applying a negative voltage to the focusing electrode 16, the effect of reducing the gate current and the electron beam diameter was obtained as in the first embodiment. The gate current and the electron beam diameter mentioned here are the same as those described in the first embodiment.

【0117】また、本実施例では、絶縁層13は1層で
構成であるが、複数の層からなっていても構わない。絶
縁層が複数の層からなっている構成の場合には、絶縁層
13の内、カソード電極12よりも基板11側の絶縁層
の誘電率が、カソード電極12よりもゲート電極14側
の絶縁層よりも大きい方が好ましい。
In this embodiment, the insulating layer 13 is composed of one layer, but it may be composed of a plurality of layers. In the case where the insulating layer is composed of a plurality of layers, the dielectric constant of the insulating layer of the insulating layer 13 on the substrate 11 side of the cathode electrode 12 is larger than that of the insulating layer on the gate electrode 14 side of the cathode electrode 12. It is preferably larger than the above.

【0118】[実施例3]図9に、実施例3により作製
した電子放出素子の概略斜視図の一例を示す。
[Embodiment 3] FIG. 9 shows an example of a schematic perspective view of an electron-emitting device manufactured according to Embodiment 3.

【0119】本実施例では、画素端部で、カソード電極
と集束電極との間隔が狭くなっている例を示す。ここで
は、本実施例の特徴部分のみを説明し、重複する説明は
省略する。
In this embodiment, an example is shown in which the distance between the cathode electrode and the focusing electrode is narrow at the pixel end. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.

【0120】本実施例の電子放出素子の製造工程は、上
述した実施例1の電子放出素子の製造工程と同様である
が、実施例1で述べた工程1において、画素両端部に近
い、カソード電極と集束電極との間隔W2を0.4μm
とし、それ以外のカソード電極と集束電極との間隔W2
を1μmとした。
The manufacturing process of the electron-emitting device of this embodiment is the same as the manufacturing process of the electron-emitting device of the first embodiment described above, but in the process 1 described in the first embodiment, the cathode close to both ends of the pixel is used. The distance W2 between the electrode and the focusing electrode is 0.4 μm
And the distance W2 between the other cathode electrode and the focusing electrode.
Was 1 μm.

【0121】以上のようにして作製した電子放出素子を
図5に示すものと同様の構成において、Va=5kV、
Vb=20V、D1=1mm、Vf=10Vで駆動し、
電子放出させた。
The electron-emitting device manufactured as described above has the same structure as that shown in FIG. 5 with Va = 5 kV.
Driving with Vb = 20V, D1 = 1 mm, Vf = 10V,
Electrons were emitted.

【0122】アノード19とカソード電極12との間に
電流を計測できる機器を配置し、電子放出時のアノード
電流を測定した。ここで言うアノード電流とは、電子放
出時にアノード19とカソード電極12との間に流れる
電流である。
A device capable of measuring a current was placed between the anode 19 and the cathode electrode 12, and the anode current at the time of electron emission was measured. The anode current mentioned here is a current flowing between the anode 19 and the cathode electrode 12 at the time of electron emission.

【0123】本実施例と同じ画素サイズで、全てのカソ
ード電極と集束電極との間隔W2が1μmであり、且
つ、画素としての電子ビーム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
60%程度多くなった。本実施例で作成した電子放出素
子は、1つの画素内に5つの長方形の開口部を有するも
ので、これと比較したものは、1つの画素内に3つの長
方形の開口を有するものである。
Electron emission manufactured in the same pixel size as in this embodiment, with the distance W2 between all the cathode electrodes and the focusing electrodes being 1 μm, and the electron beam diameter as a pixel being the same as that in this embodiment. The anode current was about 60% higher than that of the device. The electron-emitting device manufactured in this example has five rectangular openings in one pixel, and a comparison with this is one having three rectangular openings in one pixel.

【0124】これは、画素端部に近い開口では、カソー
ド電極と集束電極との間隔が開口の左右で異なるため、
開口内での等電位面が非対称となり、電子放出膜から放
出された電子が、画素中央部へ向けて、開口から放出さ
れるためである。また、本実施例では、画素端部に近
い、カソード電極と集束電極との間隔W2のみを狭くし
た構成であるが、画素中央部から画素端部に近づくに従
って、カソード電極と集束電極との間隔W2が連続又は
不連続に狭くなっていても良い。
This is because the distance between the cathode electrode and the focusing electrode is different between the left and right of the opening in the opening near the end of the pixel.
This is because the equipotential surface in the opening becomes asymmetric, and the electrons emitted from the electron emission film are emitted from the opening toward the central portion of the pixel. Further, in the present embodiment, only the distance W2 between the cathode electrode and the focusing electrode, which is close to the pixel end portion, is narrowed. However, the distance between the cathode electrode and the focusing electrode increases from the pixel center portion toward the pixel end portion. W2 may be narrowed continuously or discontinuously.

【0125】[実施例4]実施例1〜3の電子放出素子
で画像形成装置を作製した。
[Example 4] An image forming apparatus was produced using the electron-emitting devices of Examples 1 to 3.

【0126】電子放出素子を100×100のMTX状
に配置した。配線は、図10に示すように、x側をカソ
ード電極と集束電極、y側をゲート電極に接続した。素
子は、横150μm、縦300μmのピッチで配置し
た。素子上部には1mm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。集束電
極には−10Vの負の一定電圧を印加した。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. 10, the x side was connected to the cathode electrode and the focusing electrode, and the y side was connected to the gate electrode. The elements were arranged at a pitch of 150 μm in the horizontal direction and 300 μm in the vertical direction. Phosphors were placed on the upper part of the device at a distance of 1 mm. A voltage of 5 kV was applied to the phosphor. A constant negative voltage of −10 V was applied to the focusing electrode. As a result,
A high-definition image forming apparatus capable of matrix driving was formed.

【0127】[0127]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子は、カソード電極と同一平面上又はそれよりも基板
側に設けられた集束電極に、カソード電極よりも低い電
位を与えることによって、ゲート電極とカソード電極と
の間に形成される等電位面が凹型となり、電子放出材料
から放出された電子が、絶縁層に入射し、絶縁層をチャ
ージアップさせる虞を軽減出来、さらにアノードに到達
した時の電子のビーム径も小さくすることが出来る。
As described above, in the electron-emitting device of the present invention, by applying a lower potential than that of the cathode electrode to the focusing electrode provided on the same plane as the cathode electrode or on the substrate side thereof, The equipotential surface formed between the gate electrode and the cathode electrode has a concave shape, which can reduce the risk that electrons emitted from the electron emitting material enter the insulating layer and charge up the insulating layer, and further reach the anode. The beam diameter of the electron at the time of doing can also be made small.

【0128】また、集束電極とカソード電極との間の距
離を画素内で変えることによって、つまり集束電極とカ
ソード電極との間の距離のうち、より画素の端部に近い
方を狭くすることによって、ゲート電極と、カソード電
極との間に形成される等電位面の形が非対称となり、放
出された電子がより画素の中央部に集まり、画素として
の電子ビームの径をより小さくすることが出来る。この
ため、電子放出のために使用することが出来る画素領域
をより広く取ることが出来るため、より多くの放出電流
を得ることが出来る。集束電極がカソード電極とが同一
平面上にある場合には、集束電極とカソード電極を同一
プロセスで作製出来るため、集束電極とカソード電極と
の間の距離を制御良く作成することが出来る。
By changing the distance between the focusing electrode and the cathode electrode within the pixel, that is, by narrowing the distance between the focusing electrode and the cathode electrode closer to the end of the pixel. The shape of the equipotential surface formed between the gate electrode and the cathode electrode becomes asymmetric, and the emitted electrons are more concentrated in the central portion of the pixel, and the diameter of the electron beam as the pixel can be further reduced. . Therefore, the pixel area that can be used for electron emission can be made wider, and more emission current can be obtained. When the focusing electrode and the cathode electrode are on the same plane, the focusing electrode and the cathode electrode can be produced in the same process, so that the distance between the focusing electrode and the cathode electrode can be produced with good control.

【0129】本発明の電子放出素子は、ゲート電極を変
調電極としており、アノードに高電圧をかけることが出
来るため、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し、蛍光体で十
分な輝度が得られる。
In the electron-emitting device of the present invention, the gate electrode is used as a modulation electrode, and a high voltage can be applied to the anode. It collides with the body, and the phosphor provides sufficient brightness.

【0130】本発明の電子放出素子は、絶縁層の厚さを
薄くしたり、電子放出膜として仕事関数の小さい材料を
選ぶ等によって、ゲート電極とカソード電極との間に印
加する電圧を低減することが出来、低電圧で駆動するこ
とが出来る。
In the electron-emitting device of the present invention, the voltage applied between the gate electrode and the cathode electrode is reduced by reducing the thickness of the insulating layer or selecting a material having a small work function as the electron-emitting film. It can be driven at a low voltage.

【0131】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
形成装置を実現出来る。
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.

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

【図1】実施の形態に係る電子放出素子の構成を示す概
略平面図である。
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構成の一例を
示す概略斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a configuration of an electron-emitting device according to an embodiment.

【図3】実施の形態に係る電子放出素子の1つの開口の
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 one opening 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の製造方法の一
例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a method for manufacturing 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】実施例2に係る電子放出素子を示す概略平面図
である。
FIG. 6 is a schematic plan view showing an electron-emitting device according to a second embodiment.

【図7】実施例2に係る電子放出素子を示す概略斜視図
である。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing an electron-emitting device according to a second embodiment.

【図8】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. 8 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the second embodiment.

【図9】実施例3に係る電子放出素子を示す概略斜視図
である。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing an electron-emitting device according to a third embodiment.

【図10】実施の形態に係る単純マトリクス配置の電子
源を示す概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an electron source having a simple matrix arrangement according to an embodiment.

【図11】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. 11 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus using an electron source having a simple matrix arrangement according to an embodiment.

【図12】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. 12 is a diagram showing a fluorescent film used in the image forming apparatus according to the embodiment.

【図13】従来のFE型電子放出素子の一例を示した概
略断面図である。
FIG. 13 is a schematic sectional view showing an example of a conventional FE type electron-emitting device.

【図14】従来のFE型電子放出素子の一例で、カソー
ド電極が掘り込まれている例を示した概略断面図であ
る。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional FE type electron-emitting device in which a cathode electrode is dug.

【図15】従来のFE型電子放出素子の一例で、開口内
に電子ビームを収束させるための電極を有する例を示し
た概略断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional FE type electron-emitting device having an electrode for focusing an electron beam in an opening.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 カソード電極 13 絶縁層 13a 絶縁層 13b 絶縁層 14 ゲート電極 15 電子放出膜 16 集束電極 17 等電位面 18 マスクパターン 18a マスクパターン 18b マスクパターン 19 アノード 20 放出電子の軌道 120 電子源基板 121 集束電極配線 122 カソード電極配線 123 ゲート電極配線 124 電子放出素子 125 結線 131 リアプレート 132 支持枠 133 ガラス基体 134 蛍光膜 135 メタルバック 136 フェースプレート 137 外囲器 141 黒色導伝材 142 蛍光体 301 基板 302 カソード電極 303 絶縁層 304 ゲート電極 305 電子放出膜 D1 ゲート電極とアノード間距離 W1 開口幅 W2 カソード電極と集束電極との間隔 Va カソード電極とアノードとの電位差 Vg ゲート電極とカソード電極との電位差 Vf 集束電極とカソード電極との電位差 11 board 12 Cathode electrode 13 Insulation layer 13a insulating layer 13b insulating layer 14 Gate electrode 15 Electron emission film 16 Focusing electrode 17 equipotential surface 18 mask patterns 18a mask pattern 18b mask pattern 19 Anode 20 Orbits of emitted electrons 120 electron source substrate 121 Focused electrode wiring 122 Cathode electrode wiring 123 Gate electrode wiring 124 electron-emitting device 125 connections 131 Rear plate 132 Support frame 133 glass substrate 134 Fluorescent film 135 metal back 136 face plate 137 envelope 141 black conductive material 142 phosphor 301 substrate 302 cathode electrode 303 insulating layer 304 gate electrode 305 Electron emission film D1 Distance between gate electrode and anode W1 opening width W2 Distance between cathode electrode and focusing electrode Va Potential difference between cathode electrode and anode Vg Potential difference between gate electrode and cathode electrode Vf potential difference between focusing electrode and cathode electrode

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に、第1の電極と、該第1の電極と
絶縁された第2の電極と、該第2の電極上に設けられた
電子放出材料と、を有して電子放出部を形成している電
子放出素子において、 該第1の電極及び該第2の電極と絶縁された第3の電極
を該第2の電極と同一平面上又はより該基板側に有して
おり、該電子放出素子を駆動する際に印加する電圧が、
該第1の電極、該第2の電極、該第3の電極の順に大き
いことを特徴とする電子放出素子。
1. An electron having a first electrode, a second electrode insulated from the first electrode, and an electron-emitting material provided on the second electrode on a substrate. In an electron-emitting device forming an emission portion, a third electrode insulated from the first electrode and the second electrode is provided on the same plane as the second electrode or on the substrate side. And the voltage applied when driving the electron-emitting device is
An electron-emitting device characterized in that the first electrode, the second electrode, and the third electrode are larger in this order.
【請求項2】前記第3の電極が、絶縁層を介して前記第
1の電極及び前記第2の電極と絶縁されていることを特
徴とする請求項1記載の電子放出素子。
2. The electron emitting device according to claim 1, wherein the third electrode is insulated from the first electrode and the second electrode through an insulating layer.
【請求項3】前記電子放出部を複数配してなることを特
徴とする請求項1又は2記載の電子放出素子。
3. The electron emitting device according to claim 1, wherein a plurality of the electron emitting portions are arranged.
【請求項4】前記第2の電極と前記第3の電極との間隔
が、前記電子放出部によって異なっていることを特徴と
する請求項3記載の電子放出素子
4. The electron emitting device according to claim 3, wherein the distance between the second electrode and the third electrode is different depending on the electron emitting portion.
【請求項5】前記第2の電極と前記第3の電極との間隔
が、前記複数の電子放出部の内、該電子放出部が複数配
されている方向において、端部に近づくにつれて狭くな
っていることを特徴とする請求項3又は4記載の電子放
出素子。
5. The distance between the second electrode and the third electrode becomes narrower toward the end in the direction in which the plurality of electron emitting portions are arranged among the plurality of electron emitting portions. The electron-emitting device according to claim 3 or 4, characterized in that.
【請求項6】前記電子放出材料が薄膜であることを特徴
とする請求項1〜5のうち何れか1項に記載の電子放出
素子。
6. The electron emitting device according to claim 1, wherein the electron emitting material is a thin film.
【請求項7】前記電子放出材料が略平坦であることを特
徴とする請求項1〜6のうち何れか1項に記載の電子放
出素子。
7. The electron emitting device according to claim 1, wherein the electron emitting material is substantially flat.
【請求項8】前記電子放出材料が炭素を含むことを特徴
とする請求項1〜7のうち何れか1項に記載の電子放出
素子。
8. The electron emitting device according to claim 1, wherein the electron emitting material contains carbon.
【請求項9】請求項1〜8のうち何れか1項に記載の電
子放出素子を複数個並列に配置し、結線してなる前記電
子放出素子の列を少なくとも1列以上有してなることを
特徴とする電子源。
9. An electron emitting device according to claim 1, wherein a plurality of electron emitting devices according to any one of claims 1 to 8 are arranged in parallel and are connected to each other. An electron source characterized by.
【請求項10】請求項1〜8のうち何れか1項に記載の
電子放出素子を複数個配列してなる前記電子放出素子の
列を少なくとも1列以上有し、前記電子放出素子を駆動
すべく、前記第1の電極と電気的に繋がっている第1の
配線と、前記第2の電極と電気的に繋がっている第2の
配線とがマトリクス配置されていて、前記第3の電極と
電気的に繋がっている第3の配線があることを特徴とす
る電子源。
10. An electron-emitting device is driven by having at least one column of the electron-emitting device in which a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1 are arranged. Therefore, a first wiring electrically connected to the first electrode and a second wiring electrically connected to the second electrode are arranged in a matrix, and the first wiring is connected to the third electrode. An electron source characterized in that there is a third wiring that is electrically connected.
【請求項11】前記第3の配線が、前記第2の配線と並
列に配されていることを特徴とする請求項10記載の電
子源。
11. The electron source according to claim 10, wherein the third wiring is arranged in parallel with the second wiring.
【請求項12】請求項9〜11のうち何れか1項に記載
の電子源と、該電子源から放出された電子によって画像
を形成する画像形成部材と、を備え、情報信号により前
記電子源の各電子放出素子の電子量を制御することを特
徴とする画像形成装置。
12. An electron source, comprising: the electron source according to claim 9; and an image forming member that forms an image with electrons emitted from the electron source. An image forming apparatus characterized by controlling the amount of electrons of each electron-emitting device.
【請求項13】前記画像形成部材は、蛍光体であること
を特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
13. The image forming apparatus according to claim 12, wherein the image forming member is a phosphor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7545090B2 (en) * 2003-11-25 2009-06-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Design for a field emission display with cathode and focus electrodes on a same level
JP2009164043A (en) * 2008-01-09 2009-07-23 Sony Corp Cold-cathode field electron emission display device

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