JP2003109489A - Electron emission element, electron source, and image forming device - Google Patents
Electron emission element, electron source, and image forming deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、電
子源、及び画像形成装置に関するものである。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】従来、この種の電子放出素子には、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 Heretofore, two types of electron-emitting devices of this type are known, which are roughly classified into a thermoelectron-emitting device and a cold cathode electron-emitting device. The cold cathode electron emission device includes a field emission type (hereinafter referred to as “FE type”), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter referred to as “MIM type”), a surface conduction type electron emission device, and the like.
【０００３】ＦＥ型の例としてはＷ． Ｐ． Ｄｙｋｅ
＆Ｗ． Ｗ． Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６） や、Ｃ．
Ａ． Ｓｐｉｎｄｔ，"ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ"， Ｊ． Ａｐ
ｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ４７， ５２４８（１９７６）
等、あるいは、特開平８−９６７０３号公報や、特開
平８−９６７０４号公報や、特開平８−１１５６５４号
公報や、特開平１０−１２５２１５号公報や、特開平８
−７７９１６号公報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, W. P. Dyke
& W. W. Dolan, "Field Emis
sion ", Advance in Electro
nPhysics, 8, 89 (1956) and C.I.
A. Spindt, "PHYSICAL Prop
erties of thin-film field
Emission cathodes with
mollybdenium cones ", J. Ap.
pl. Phys. , 47, 5248 (1976)
Or the like, or JP-A-8-96703, JP-A-8-96704, JP-A-8-115654, JP-A-10-125215, and JP-A-8-115704.
What is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 77916 is known.
【０００４】[0004]
【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.
【０００５】ＦＥ型電子放出素子である、Ｃ． Ａ．
Ｓｐｉｎｄｔ， "ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔ
ｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙ
ｂｄｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ"， Ｊ． Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．， ４７， ５２４８ （１９７６） 等に
開示された例では、放出点としてマイクロチップが形成
され、その先端から電子が放出される構成が一般的であ
る。The FE type electron-emitting device, C.I. A.
Spindt, "PHYSICAL PROPERT
ies of thin-film field em
ision cathodes with molly
bdenium cones ", J. Appl.
Phys. , 47, 5248 (1976), etc., a microchip is generally formed as an emission point and electrons are emitted from the tip thereof.
【０００６】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。Therefore, the electrons emitted from the tip of the microchip may fly out radially, and the diameter of the electron beam may increase when they are irradiated on the anode. Further, since it is difficult to uniformly manufacture the devices, it is difficult to make the electron emission characteristics uniform among the devices.
【０００７】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。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 device It can limit life.
In addition, the ions existing in a vacuum may sputter the tip of the microchip intensively to shorten the life of the device.
【０００８】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.
【０００９】電子ビームの広がりを防ぐ例としては、電
子放出部上方に収束電極を配置した例がある。As an example of preventing the spread of the electron beam, there is an example in which a focusing electrode is arranged above the electron emitting portion.
【００１０】この例では、放出された電子ビームを収束
電極の負電位により絞るのだが、製造工程がより複雑と
なってしまい、製造コストの増大を招いてしまう。In this example, the emitted electron beam is focused by the negative potential of the converging electrode, but the manufacturing process becomes more complicated and the manufacturing cost increases.
【００１１】電子ビームの広がりを小さくする別の例と
しては、特開平８−９６７０３号公報や特開平８−９６
７０４号公報等に開示されたものがある。As another example of reducing the spread of the electron beam, there are JP-A-8-96703 and JP-A-8-96.
There is one disclosed in Japanese Patent No. 704, etc.
【００１２】特開平８−９６７０４号公報に示されてい
る例を図１４に示す。FIG. 14 shows an example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-96704.
【００１３】この例は、基板３０１上にカソード電極３
０２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３
０５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。In this example, the cathode electrode 3 is formed on the substrate 301.
02 and the gate electrode 304 are laminated with the insulating layer 303 interposed therebetween, and an opening penetrating the gate electrode 304 and the insulating layer 303 is formed, and the electron emission film 3 is formed in the opening.
05 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.
【００１４】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。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 becomes small.
【００１５】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。In these examples, by using a material having a low work function as the electron emission film, it is possible to emit electrons even if the tip is not sharp as in a microchip. Easy to manufacture Further, since electrons are emitted from the entire surface of the electron emission film, there is an advantage that a problem such as chip breakage does not occur and the life is long.
【００１６】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.
【００１７】また、上記の例よりも、開口側壁での電子
の散乱を抑え、更に電子ビームの径も小さくする例が特
開平８−１１５６５４号公報や特開平１０−１２５２１
５号公報等に開示されている。Further, examples in which the scattering of electrons on the side wall of the opening is suppressed and the diameter of the electron beam is made smaller than those in the above examples are also disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-115654 and 10-12521.
No. 5, for example.
【００１８】特開平８−１１５６５４号公報に示されて
いる例を図１５に示す。FIG. 15 shows an example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-115654.
【００１９】この例は、基板３０１上にカソード電極３
０２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３
０５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。In this example, the cathode electrode 3 is formed on the substrate 301.
02 and the gate electrode 304 are laminated with the insulating layer 303 interposed therebetween. The gate electrode 304 and the insulating layer 303 are respectively penetrated, and a part of the cathode electrode 302 is also dug to form an opening. In this opening, the electron emission film 3
05, the surface thereof is the cathode electrode 302 and the insulating layer 303.
The electron-emitting portion is formed so as to be located deeper than the junction surface of the.
【００２０】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３０５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。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. This time,
The equipotential surface formed in the opening has a concave shape depending on the digging depth of the cathode electrode 302, the film thickness of the electron emission film 305, etc., and the risk of charge-up of the insulating layer due to the incidence of electrons is reduced, and the anode The beam diameter of the electron when it reaches is also small.
【００２１】しかし、開口径が、開口深さに比べて大き
くなればなるほど、例えば開口形状が円形の場合では、
アノードに到達した時の電子のビーム径は大きくなり、
さらにビーム形状はドーナツ形状となってしまう。ビー
ム径は、開口部の大きさに依存するものであり、微細な
開口部の作製は小さくなるほど難しくなる。However, as the opening diameter becomes larger than the opening depth, for example, when the opening shape is circular,
The electron beam diameter when it reaches the anode becomes large,
Further, the beam shape becomes a donut shape. The beam diameter depends on the size of the opening, and the smaller the opening, the more difficult it becomes to manufacture.
【００２２】また、電子放出部から見て凸部が片側で、
電子放出部がゲート電極よりも基盤側に位置する例とし
ては、特開平８−７７９１６号公報に開示されたものが
ある。Further, the convex portion is one side when viewed from the electron emitting portion,
An example in which the electron emitting portion is located closer to the substrate than the gate electrode is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-77916.
【００２３】この例は、冷陰極基材中に、仕事関数が冷
陰極基材よりも低く、冷陰極基材の厚さよりも小さな粒
径の導電性材料の粒子を有し、この粒子が実質的に冷陰
極基材と分離された状態で分散し、しかも冷陰極基材表
面に露出しているものである。This example has particles of a conductive material having a work function lower than that of the cold cathode substrate and smaller than the thickness of the cold cathode substrate in the cold cathode substrate. It is dispersed in a state of being separated from the cold cathode substrate, and is exposed on the surface of the cold cathode substrate.
【００２４】しかし、この例では、電子放出材から放出
された電子が、ゲート電極に衝突し易い構成となってい
るため、電子がゲート電極で散乱してしまい、効率（ア
ノードに到達する電子電流とゲート電極に流れる電子電
流の比）が低下するだけでなく、アノードに到達した時
の電子のビーム径が大きくなってしまう。However, in this example, since the electrons emitted from the electron-emitting material are likely to collide with the gate electrode, the electrons are scattered by the gate electrode and the efficiency (electron current reaching the anode is reduced). And the ratio of electron current flowing through the gate electrode) decreases, and the electron beam diameter when reaching the anode increases.
【００２５】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、電子
ビームの径を小さくし、さらには、電子ビームの散乱を
軽減し、容易に製造し得る電子放出素子、電子源及び画
像形成装置を提供することにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the object thereof is to reduce the diameter of the electron beam and further reduce the scattering of the electron beam to easily An object of the present invention is to provide an electron-emitting device, an electron source and an image forming apparatus which can be manufactured.
【００２６】[0026]
【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、第１の電極と絶縁層とが積層され
る凸状部と、前記第１の電極と絶縁して設けられる第２
の電極と、前記第２の電極上に設けられる電子放出材
と、を有する電子放出部を基板上に設け、前記電子放出
部に対して所定の距離を隔てて設けられる陽極に向けて
該電子放出部から電子を放出させる電子放出素子であっ
て、前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記絶縁層
と、前記電子放出材とは前記陽極に対向して設けられ、
前記陽極との距離が、前記電子放出材、前記絶縁層、前
記第１の電極の順に短くなるように設けられていること
を特徴とする。In order to achieve the above object, according to the present invention, a convex portion on which a first electrode and an insulating layer are laminated, and a convex portion which is insulated from the first electrode are provided. The second
And an electron emitting material provided on the second electrode, the electron emitting portion is provided on the substrate, and the electron is emitted toward the anode provided at a predetermined distance from the electron emitting portion. An electron-emitting device that emits electrons from an emission portion, wherein the first electrode, the second electrode, the insulating layer, and the electron-emitting material are provided to face the anode,
The electron-emitting material, the insulating layer, and the first electrode are provided so that the distance from the anode becomes shorter in this order.
【００２７】前記凸状部は、前記基板上に設けられた前
記第２の電極上であって、前記基板に略直交する方向に
投影した場合に前記電子放出材に隣接して設けられたこ
とも好適である。The convex portion is provided on the second electrode provided on the substrate and adjacent to the electron emitting material when projected in a direction substantially orthogonal to the substrate. Is also suitable.
【００２８】前記第２の電極には段差が設けられ、該第
２の電極の内、前記陽極との距離が短い方の領域に、前
記凸状部が設けられていることも好適である。It is also preferable that the second electrode is provided with a step, and the convex portion is provided in a region of the second electrode having a shorter distance from the anode.
【００２９】前記第２の電極の内、前記陽極との距離が
長い方の領域に、前記電子放出材が設けられており、前
記基板に略直交する方向に投影した場合に、前記電子放
出材と、前記陽極との距離が短い方の領域に設けられた
前記凸状部とは隣接して設けられていることも好適であ
る。The electron emitting material is provided in a region of the second electrode, which has a longer distance from the anode, and the electron emitting material is projected when projected in a direction substantially orthogonal to the substrate. It is also preferable that the convex portion provided in a region having a shorter distance from the anode be adjacent to the convex portion.
【００３０】前記第２の電極に設けられた段差の深さ
は、前記電子放出材の膜厚よりも深いことも好適であ
る。It is also preferable that the depth of the step provided on the second electrode is deeper than the film thickness of the electron emitting material.
【００３１】前記第２の電極は、複数の層から成ること
も好適である。It is also preferable that the second electrode is composed of a plurality of layers.
【００３２】前記第２の電極は複数の層から成り、該複
数の層が積層されて前記段差が構成されることも好適で
ある。It is also preferable that the second electrode is composed of a plurality of layers, and the plurality of layers are laminated to form the step.
【００３３】前記凸状部は、前記基板上の前記第２の電
極上に設けられた前記電子放出材の一部領域上に設けら
れたことも好適である。It is also preferable that the convex portion is provided on a partial region of the electron-emitting material provided on the second electrode on the substrate.
【００３４】前記電子放出材と、該電子放出材上に設け
られた前記凸状部の前記絶縁層との間に導電層を設けた
ことも好適である。It is also preferable to provide a conductive layer between the electron emitting material and the insulating layer of the convex portion provided on the electron emitting material.
【００３５】前記絶縁層は、複数の層から成ることも好
適である。It is also preferable that the insulating layer is composed of a plurality of layers.
【００３６】前記凸状部には、導電性を有する領域が設
けられ、前記陽極との距離が、前記電子放出材、前記導
電性を有する領域、前記絶縁層の順に短くなるように設
けられた場合、前記絶縁層は、前記導電性を有する領域
側に誘電率の小さい層を有することも好適である。A region having conductivity is provided on the convex portion, and the distance from the anode is provided such that the electron emitting material, the region having conductivity, and the insulating layer become shorter in this order. In this case, it is also preferable that the insulating layer has a layer having a small dielectric constant on the side of the conductive region.
【００３７】前記絶縁層は、複数の層から成り、前記第
２の電極側に誘電率の大きい層を有することも好適であ
る。It is also preferable that the insulating layer is composed of a plurality of layers and has a layer having a large dielectric constant on the side of the second electrode.
【００３８】前記絶縁層は、複数の層から成り、前記第
２の電極側に誘電率の小さい層を有することも好適であ
る。It is also preferable that the insulating layer is composed of a plurality of layers and has a layer having a small dielectric constant on the side of the second electrode.
【００３９】前記絶縁層の内、前記第２の電極側の層の
誘電率は、前記電子放出材の誘電率よりも大きいことも
好適である。It is also preferable that the dielectric constant of the layer on the second electrode side among the insulating layers is larger than the dielectric constant of the electron emitting material.
【００４０】前記絶縁層の内、前記第２の電極側の層の
膜厚は、前記電子放出材の膜厚よりも厚いことも好適で
ある。It is also preferable that the layer of the insulating layer on the side of the second electrode is thicker than the layer of the electron emitting material.
【００４１】前記電子放出材は、炭素を含むことも好適
である。It is also preferable that the electron emitting material contains carbon.
【００４２】前記電子放出材は、略平坦膜であることも
好適である。It is also preferable that the electron emitting material is a substantially flat film.
【００４３】前記電子放出材は、繊維状炭素化合物であ
ることも好適である。The electron emitting material is also preferably a fibrous carbon compound.
【００４４】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、結線してなる該電子放出素子
の列を少なくとも１列以上有してなることを特徴とす
る。The electron source is characterized in that it has at least one row of electron-emitting devices which are formed by arranging a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices in parallel and connecting them.
【００４５】また、上記記載の電子放出素子を複数個配
列してなる該電子放出素子の列を少なくとも１列以上有
し、前記電子放出素子を駆動する低電位供給用配線と高
電位供給用配線がマトリクス配置されていることを特徴
とする。Further, there is at least one row of electron-emitting devices in which a plurality of the electron-emitting devices described above are arranged, and a low-potential supply wiring and a high-potential supply wiring for driving the electron-emitting devices. Are arranged in a matrix.
【００４６】画像形成装置にあっては、上記記載の電子
源と、該電子源から放出された電子によって画像を形成
する画像形成部材と、を備え、情報信号により該電子源
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。The image forming apparatus includes the electron source described above and an image forming member that forms an image by the electrons emitted from the electron source, and each electron-emitting device of the electron source is formed by an information signal. It is characterized by controlling the electron amount of.
【００４７】前記画像形成部材は、蛍光体を備えること
も好適である。It is also preferable that the image forming member comprises a phosphor.
【００４８】[0048]
【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.
【００４９】本実施の形態の電子放出素子の特徴は、第
１の電極と絶縁層を有する凸状部と、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、陽極との距離が、電子放出材
料、絶縁層、第１の電極の順に短くなるように設けられ
ていることである。The electron-emitting device of this embodiment is characterized in that the convex portion having the first electrode and the insulating layer, the second electrode insulated from the first electrode, and the second electrode provided on the second electrode are provided. The electron emitting material is formed so that the distance from the anode is shorter in the order of the electron emitting material, the insulating layer, and the first electrode.
【００５０】上記のように構成した本実施の形態に係る
電子放出素子では、陽極から見た場合、電子放出材料の
片側（一方向側）にしか第１の電極としてのゲート電極
が無いため、ゲート電極と絶縁層を貫通する開口を形成
しているものと比べ、片側方向にしか電子が放出されな
いため、電子放出材料から放出された電子ビームの径は
小さくなるものである。また、電子放出材料から放出さ
れた電子は、放出された場所からゲート電極側にずれ
て、陽極に達する。In the electron-emitting device according to the present embodiment configured as described above, the gate electrode as the first electrode is present only on one side (one direction side) of the electron-emitting material when viewed from the anode. Since the electrons are emitted only in one direction, the diameter of the electron beam emitted from the electron emission material is smaller than that in the case where the opening penetrating the gate electrode and the insulating layer is formed. Further, the electrons emitted from the electron emission material shift to the gate electrode side from the emission location and reach the anode.
【００５１】さらに、本実施の形態に係る電子放出素子
の特徴は、凸状部が含む絶縁層が、複数の絶縁層から成
っており、より第２の電極側の絶縁層の誘電率が、その
上に積層されている絶縁層及び電子放出材料の誘電率よ
りも大きく、その絶縁層の膜厚が電子放出材料よりも厚
いことである。Further, the electron-emitting device according to the present embodiment is characterized in that the insulating layer included in the convex portion is composed of a plurality of insulating layers, and the dielectric constant of the insulating layer closer to the second electrode is It is larger than the dielectric constants of the insulating layer and the electron emitting material which are laminated thereon, and the thickness of the insulating layer is thicker than the electron emitting material.
【００５２】ここで、凸状部において、陽極との距離が
電子放出材料よりも短い領域に、導電性を有する領域が
設けられた場合においては、複数の絶縁層のうちの前記
導電性を有する領域側に誘電率の小さい層を有する。Here, in the case where a region having conductivity is provided in a region of the convex portion, which is closer to the anode than the electron-emitting material, the region having conductivity among the plurality of insulating layers is provided. It has a layer having a small dielectric constant on the region side.
【００５３】また、本実施の形態に係る電子放出素子の
特徴は、凸状部が導電層を含むか、もしくは、第２の電
極が段差を有し、その段差によって陽極側に突起してい
る部分が凸状部の一部となっており、電子放出材料がそ
の段差深さよりも薄いことである。Further, the electron-emitting device according to the present embodiment is characterized in that the convex portion includes a conductive layer or the second electrode has a step, and the step causes the protrusion to the anode side. That is, the portion is a part of the convex portion, and the electron emission material is thinner than the step depth.
【００５４】本実施の形態に係る電子放出素子では、上
記のように構成することにより、ゲート電極と第２の電
極としてのカソード電極間に電圧を印加した場合に電子
放出材料の上面に形成される等電位面を凹型とすること
ができるため、電子放出材料から放出された電子が、凸
状部を形成している絶縁層に入射し、絶縁層をチャージ
アップさせる虞を軽減することができる。これは、ゲー
ト電極と絶縁層を貫通する開口を形成しているものより
も効果的である。In the electron-emitting device according to this embodiment, the electron-emitting device having the above-mentioned structure is formed on the upper surface of the electron-emitting material when a voltage is applied between the gate electrode and the cathode electrode as the second electrode. Since the equipotential surface can be concave, it is possible to reduce the possibility that electrons emitted from the electron-emitting material enter the insulating layer forming the convex portion and charge up the insulating layer. . This is more effective than the one in which an opening penetrating the gate electrode and the insulating layer is formed.
【００５５】また、本実施の形態に係る電子放出素子は
単純な積層構造からなっており、また、サブミクロンプ
ロセスを用いること無く作製出来るため、製造が容易で
ある。Further, the electron-emitting device according to this embodiment has a simple laminated structure and can be manufactured without using the submicron process, so that the manufacturing is easy.
【００５６】また、本実施の形態に係る電子放出素子
は、絶縁層の厚さを薄くしたり、電子放出材として仕事
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可能となる。In the electron-emitting device according to the present embodiment, the voltage is applied between the gate electrode and the cathode electrode by reducing the thickness of the insulating layer or selecting a material having a small work function as the electron-emitting material. Voltage can be reduced,
It becomes possible to drive at a low voltage.
【００５７】図２に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１に図２におけるＡ−Ａ’線
での概略断面図の一例を示す。FIG. 2 shows a schematic plan view of the electron-emitting device manufactured according to this embodiment, and FIG. 1 shows an example of a schematic sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
【００５８】図１及び図２において、１１は基板、１２
は第２の電極としてのカソード電極、１３は絶縁層、１
４は第１の電極としてのゲート電極、１５は電子放出材
としての電子放出膜、Ｗはゲート電極幅である。In FIGS. 1 and 2, 11 is a substrate and 12 is
Is a cathode electrode as a second electrode, 13 is an insulating layer, 1
Reference numeral 4 is a gate electrode as a first electrode, 15 is an electron emission film as an electron emission material, and W is a gate electrode width.
【００５９】なお、説明の便宜上、電子放出部のみ図示
しているが、本実施の形態に係る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
陽極としてのアノードを電子放出部と対向して設けてい
る。For convenience of explanation, only the electron-emitting portion is shown, but when driving the electron-emitting device according to the present embodiment, an anode as an anode for attracting electrons emitted from the electron-emitting portion is used. It is provided so as to face the electron emitting portion.
【００６０】図１に示す本実施の形態に係る電子放出素
子は、基板１１上にカソード電極１２が積層され、カソ
ード電極１２は段差を有しており、カソード電極１２の
内、基板１１からより遠い側、すなわちアノードからよ
り近い側に絶縁層１３が積層され、絶縁層１３の一部に
ゲート電極１４が積層され、カソード電極１２の内、基
板１１により近い側、すなわち、アノードからより遠い
側に電子放出膜１５が設けられて、電子放出部を形成し
ている電子放出素子である。ここで、絶縁層１３とゲー
ト電極１４とにより構成される凸状部は、基板１１に略
直交する方向に投影した場合に電子放出膜１５に隣接し
て設けられている。In the electron-emitting device according to the present embodiment shown in FIG. 1, the cathode electrode 12 is laminated on the substrate 11, and the cathode electrode 12 has a step. The insulating layer 13 is laminated on the far side, that is, the side closer to the anode, and the gate electrode 14 is laminated on a part of the insulating layer 13, and the cathode electrode 12 is closer to the substrate 11, that is, farther from the anode. The electron emitting film 15 is provided on the electron emitting portion to form an electron emitting portion. Here, the convex portion formed by the insulating layer 13 and the gate electrode 14 is provided adjacent to the electron emission film 15 when projected in a direction substantially orthogonal to the substrate 11.
【００６１】ゲート電極１４にカソード電極１２よりも
高い電圧を印加することによって、電子放出膜１５から
電子を放出させる。Electrons are emitted from the electron emission film 15 by applying a voltage higher than that of the cathode electrode 12 to the gate electrode 14.
【００６２】なお、カソード電極１２に設けた段差は、
製造工程において例えばエッチングによって掘り込んで
構成してもよいし、複数の層の電極を積層することによ
り構成してもよい。The step provided on the cathode electrode 12 is
In the manufacturing process, for example, it may be formed by digging by etching, or may be formed by stacking a plurality of layers of electrodes.
【００６３】図３は、ゲート電極１４にカソード電極１
２よりも高い電圧を印加して駆動した時の、電子放出膜
１５表面付近での等電位面の様子を模式的に示したもの
である。In FIG. 3, the cathode electrode 1 is formed on the gate electrode 14.
2 schematically shows a state of an equipotential surface near the surface of the electron emission film 15 when a voltage higher than 2 is applied to drive.
【００６４】図３において、１７は電子放出膜１５表面
付近での等電位面である。In FIG. 3, 17 is an equipotential surface near the surface of the electron emission film 15.
【００６５】カソード電極１２が掘り込まれた構造とな
っているため、カソード電極１２の段差付近で等電位面
は、凹型となる。そのため、電子放出膜１５から放出さ
れた電子が絶縁層１３に入射し、絶縁層１３をチャージ
アップされる虞を軽減できる。Since the cathode electrode 12 is dug in, the equipotential surface is concave near the step of the cathode electrode 12. Therefore, it is possible to reduce the risk that electrons emitted from the electron emission film 15 enter the insulating layer 13 and are charged up in the insulating layer 13.
【００６６】また、電子放出膜１５から放出された電子
は、ゲート電極１４とアノードとの間の距離や、ゲート
電極１４に印加する電圧等によって、電子放出部からゲ
ート電極１４を有する凸状部方向にずれてアノードに達
するが、アノードに達した時の電子ビームの径を小さく
することが出来る。The electrons emitted from the electron emission film 15 are protruded from the electron emission portion to the gate electrode 14 depending on the distance between the gate electrode 14 and the anode, the voltage applied to the gate electrode 14, and the like. Although it shifts in the direction and reaches the anode, the diameter of the electron beam when reaching the anode can be reduced.
【００６７】図４は、本実施の形態に係る電子放出素子
から電子を放出させる時の駆動を示す概略断面図であ
る。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing driving when electrons are emitted from the electron-emitting device according to this embodiment.
【００６８】ここで１９はアノード、２０は電子放出膜
から放出された電子がアノード１９に達するまでの軌
跡、Ｖａはカソード電極１２とアノード１９との電位
差、Ｖｇはゲート電極１４とカソード電極１２との電位
差、Ｄはゲート電極１４とアノード１９との距離であ
る。Here, 19 is the anode, 20 is the locus until the electrons emitted from the electron emission film reach the anode 19, Va is the potential difference between the cathode electrode 12 and the anode 19, Vg is the gate electrode 14 and the cathode electrode 12. And D is the distance between the gate electrode 14 and the anode 19.
【００６９】Ｖｂによって形成された電界によって電子
放出膜１５から放出された電子は、Ｖａによってアノー
ド１９に引きつけられる。The electrons emitted from the electron emission film 15 by the electric field formed by Vb are attracted to the anode 19 by Va.
【００７０】以上述べた本実施の形態に係る電子放出素
子について、更に好ましい実施の形態を挙げて詳述す
る。The electron-emitting device according to this embodiment described above will be described in detail with reference to more preferable embodiments.
【００７１】図５は本実施の形態に係る電子放出素子の
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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing the electron emitting portion of the electron emitting device according to this embodiment.
【００７２】まず、図５（ａ）に示すように、基板１１
上にカソード電極１２、絶縁層１３、ゲート電極１４を
この順に積層する。First, as shown in FIG. 5A, the substrate 11
A cathode electrode 12, an insulating layer 13, and a gate electrode 14 are laminated in this order on top.
【００７３】予め、その表面を十分に洗浄した、石英ガ
ラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板
ガラス、シリコン基板等にスパッタ法等によりＳｉＯ2
を積層した積層体、アルミナ等セラミックスの絶縁性基
板のうち、いずれか一つを基板１１として用い、基板１
１上にカソード電極１２を積層する。The surface of the quartz glass, the glass with a reduced content of impurities such as Na, the soda-lime glass, the silicon substrate, etc., whose surface has been thoroughly cleaned in advance are sputtered to form SiO 2
1 is used as the substrate 11 out of the laminated body in which the
The cathode electrode 12 is stacked on the cathode 1.
【００７４】カソード電極１２は一般的に導電性を有し
ており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、
フォトリソグラフィー技術により形成される。カソード
電極１２の材料は、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属または合金材料、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 is generally conductive, and is formed by general vacuum film forming techniques such as vapor deposition and sputtering.
It is formed by a photolithography technique. The material of the cathode electrode 12 is, for example, Be, Mg, Ti, Zr,
Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni,
Metal or alloy material such as Cr, 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.
【００７５】次に、カソード電極１２に続いて絶縁層１
３を堆積する。Next, the insulating layer 1 is formed after the cathode electrode 12.
3 is deposited.
【００７６】絶縁層１３は、スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法、蒸着法等の一般的な真空成膜法により形成され、そ
の厚さとしては、数ｎｍから数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、Ａｌ
2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＣａＦなどの高電界に耐えられる耐圧
の高い材料が望ましい。The insulating layer 13 is formed by sputtering, CVD (Ch
electrical vapor Deposition)
Formed by a general vacuum film forming method such as a vapor deposition method or a vapor deposition method, and the thickness thereof is set in the range of several nm to several μm.
It is preferably selected from the range of several tens nm to several hundreds nm. 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.
【００７７】更に、絶縁層１３に続き、ゲート電極１４
を堆積する。Further, following the insulating layer 13, the gate electrode 14
Deposit.
【００７８】ゲート電極１４は、カソード電極１２と同
様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般
的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成
される。The gate electrode 14 has conductivity like the cathode electrode 12, and is formed by a general vacuum film forming technique such as a vapor deposition method and a sputtering method, and a photolithography technique.
【００７９】ゲート電極１４の材料は、例えば、Ｂｅ、
Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、
Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属ま
たは合金材料、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、Ｓｉ
Ｃ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ 2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、Ｃ
ｅＢ6、ＹＢ4、ＧｄＢ4等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、
ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、有機高分子
材料等から適宜選択される。The material of the gate electrode 14 is, for example, Be,
Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W,
Metals such as Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, etc.
Or alloy materials, TiC, ZrC, HfC, TaC, Si
Carbides such as C and WC, HfB 2, ZrB2, LaB6, C
eB6, YBFour, GdBFourSuch as boride, TiN, ZrN,
Nitride such as HfN, semiconductor such as Si and Ge, organic polymer
It is appropriately selected from materials and the like.
【００８０】ゲート電極１４の厚さとしては、数ｎｍか
ら数十μｍの範囲で設定され、好ましくは数十ｎｍから
数μｍの範囲で選択される。The thickness of the gate electrode 14 is set within the range of several nm to several tens of μm, preferably within the range of several tens of nm to several μm.
【００８１】なお、カソード電極１２及びゲート電極１
４は、同一材料でも異種材料でも良く、また、同一形成
方法でも異種方法でも良い。The cathode electrode 12 and the gate electrode 1
4 may be the same material or different materials, and may be the same forming method or different methods.
【００８２】次に、図５（ｂ）に示すように、ゲート電
極１４上に、フォトリソグラフィー技術によってマスク
パターン１８ａを形成する。マスクパターン１８ａは、
次工程でエッチングされる部分を除いて形成される。Next, as shown in FIG. 5B, a mask pattern 18a is formed on the gate electrode 14 by a photolithography technique. The mask pattern 18a is
It is formed except for the portion to be etched in the next step.
【００８３】そして、図５（ｃ）に示すように、絶縁層
１３及びゲート電極１４を貫通し、カソード電極１２を
ある程度掘り込んだ構成をエッチングによって形成す
る。Then, as shown in FIG. 5C, a structure is formed by etching, in which the insulating layer 13 and the gate electrode 14 are penetrated and the cathode electrode 12 is dug to some extent.
【００８４】本エッチング方法は、エッチング対象であ
る絶縁層１３とゲート電極１４、及びカソード電極１２
の材料に応じて選択すれば良い。In the present etching method, the insulating layer 13, the gate electrode 14, and the cathode electrode 12 which are the objects of etching are used.
It may be selected according to the material.
【００８５】また、エッチング方法にウエットエッチン
グを選ぶことによって、絶縁層１３が侵食された構造と
なっても良い。Alternatively, the insulating layer 13 may be eroded by selecting wet etching as the etching method.
【００８６】続いて、図５（ｄ）に示すように、電子放
出膜１５を堆積する。Subsequently, as shown in FIG. 5D, the electron emission film 15 is deposited.
【００８７】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。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.
【００８８】電子放出膜１５の材料は、例えば、グラフ
ァイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、アモルフ
ァスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモ
ンドを分散した炭素及び炭素化合物等から適宜選択され
る。好ましくは仕事関数の低いダイヤモンド薄膜、ダイ
ヤモンドライクカーボン等が良い。電子放出膜１５の膜
厚としては、数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。The material of the electron emission film 15 is appropriately selected from graphite, fullerene, carbon nanotube, amorphous carbon, diamond-like carbon, diamond-dispersed carbon and carbon compounds. A diamond thin film having a low work function, diamond-like carbon, etc. are preferable. The thickness of the electron emission film 15 is set in the range of several nm to several μm, and preferably selected in the range of several nm to several hundred nm.
【００８９】そして、図５（ｅ）に示すように、マスク
パターン１８ａを除去する。Then, as shown in FIG. 5E, the mask pattern 18a is removed.
【００９０】次に、図５（ｆ）に示すように、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、次工程でゲート電極１
４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. 5F, a mask pattern 18b is formed by the photolithography technique. The mask pattern 18b is formed on the gate electrode 1 in the next step.
4 is formed except for the portion that is etched to form 4.
【００９１】そして、図５（ｇ）に示すように、ゲート
電極１４を形成する。Then, as shown in FIG. 5G, the gate electrode 14 is formed.
【００９２】ゲート電極１４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１３の一部をも
削るようにエッチングしても良い。本エッチング方法
は、エッチング対象であるゲート電極１４の材料に応じ
て選択すれば良い。The gate electrode 14 is formed by etching, and in this etching step, the insulating layer 13 may be etched so that a part thereof is also removed. The present etching method may be selected according to the material of the gate electrode 14 to be etched.
【００９３】なお、ゲート電極幅Ｗは、数百ｎｍから数
ｍｍの範囲で設定され、好ましくは数μｍから数百μｍ
の範囲で選択される。The gate electrode width W is set in the range of several hundred nm to several mm, preferably several μm to several hundred μm.
The range is selected.
【００９４】最後に、図５（ｈ）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. 5H, the mask pattern 18b is removed and the electron-emitting device is completed.
【００９５】以下に、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述べる。An application example to which the electron-emitting device according to this embodiment is applied will be described below.
【００９６】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。By arranging a plurality of the electron-emitting devices according to this embodiment on a substrate, for example, an electron source or an image forming apparatus can be constructed.
【００９７】図６を用いて、本実施の形態に係る電子放
出素子を複数配して得られる電子源について説明する。An electron source obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices according to this embodiment will be described with reference to FIG.
【００９８】１２１は電子源基体、１２２はＸ方向配
線、１２３はＹ方向配線、１２４は本実施の形態に係る
電子放出素子、１２５は結線である。121 is an electron source substrate, 122 is an X-direction wiring, 123 is a Y-direction wiring, 124 is an electron-emitting device according to this embodiment, and 125 is a connection.
【００９９】Ｘ方向配線１２２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…
Ｄｘｍ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。Ｙ方向配線１２３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎの
ｎ本の配線から成り、Ｘ方向配線１２２と同様に形成さ
れる。The X-direction wiring 122 includes Dx1, Dx2, ...
It can be formed of a conductive metal or the like that is composed of m Dxm 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. The Y-direction wiring 123 is composed of n wirings Dy1, Dy2, ... Dyn, and is formed similarly to the X-direction wiring 122.
【０１００】これらｍ本のＸ方向配線１２２とｎ本のＹ
方向配線１２３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 X-direction wirings 122 and n Y-wirings
An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the directional wiring 123 and the directional wiring 123 to electrically separate the two. Where m
And n are both positive integers.
【０１０１】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ2等で構成
される。不図示の層間絶縁層は、例えば、Ｘ方向配線１
２２を形成した基体１２１の全面或いはその一部に所望
の形状で形成され、特にＸ方向配線１２２とＹ方向配線
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。Ｘ方向配線１２２とＹ方向
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 composed of SiO 2 or the like formed by a vacuum vapor deposition method, a printing method, a sputtering method or the like. The interlayer insulating layer (not shown) is, for example, the X-direction wiring 1
It is formed in a desired shape on the entire surface or a part thereof of the base 121 on which 22 is formed, and the film thickness, material, and manufacturing method are appropriately selected so as to withstand the potential difference at the intersection of the X-direction wiring 122 and the Y-direction wiring 123, in particular. Is set. The X-direction wiring 122 and the Y-direction wiring 123 are drawn out as external terminals.
【０１０２】電子放出素子１２４を構成する一対の電極
層（不図示（カソード電極１２及びゲート電極１４であ
る））は、ｍ本のＸ方向配線１２２及びｎ本のＹ方向配
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。The pair of electrode layers (not shown (cathode electrode 12 and gate electrode 14)) constituting the electron-emitting device 124 are composed of m X-direction wirings 122 and n Y-direction wirings 123 and a conductive metal. They are electrically connected by a connection wire 125 including
【０１０３】Ｘ方向配線１２２、Ｙ方向配線１２３、結
線１２５、及び一対の素子電極を構成する材料は、その
構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、またそ
れぞれ異なっていても良い。Materials forming the X-direction wiring 122, the Y-direction wiring 123, the connection 125, and the pair of device electrodes may be the same or different in some or all of the constituent elements.
【０１０４】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及びゲー
ト電極１４の材料より適宜選択される。素子電極を構成
する材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に
接続した配線は素子電極ということも出来る。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 and the gate electrode 14 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.
【０１０５】Ｘ方向配線１２２には、Ｘ方向に配列した
電子放出素子１２４の行を選択するための、走査信号を
印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一
方、Ｙ方向配線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１
２４に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供
給される。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 124 arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 122. On the other hand, the Y-direction wiring 123 is for modulating each column of the electron-emitting devices 124 arranged in the Y-direction according to an input signal,
A modulation signal generating means (not shown) is connected. The driving voltage applied to each electron-emitting device 124 is the same as that of the electron-emitting device 1.
It is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to 24.
【０１０６】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.
【０１０７】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図７を用いて説
明する。An image forming apparatus constructed by using an electron source having such a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG.
【０１０８】図７は、画像形成装置の表示パネルの一例
を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing an example of the display panel of the image forming apparatus.
【０１０９】１２１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１２１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 121 is an electron source substrate having a plurality of electron-emitting devices, 131 is a rear plate to which the electron source substrate 121 is fixed, and 136 is an inner surface of the glass substrate 133, and a fluorescent film 134 as a fluorescent material which is an image forming member and a metal. Back 135
Etc. is a face plate on which are formed.
【０１１０】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.
【０１１１】１３７は外囲器であり、例えば、大気中あ
るいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲で１０分
以上焼成することで、封着して構成される。Reference numeral 137 denotes an envelope, which is sealed and formed by firing in the air or nitrogen in the temperature range of 400 to 500 ° C. for 10 minutes or more.
【０１１２】なお、リアプレート１３１は主に基体１２
１の強度を補強する目的で設けられるため、基体１２１
自体で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート１
３１は不要とすることが出来る。即ち、基体１２１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１２１で外囲器１３７を構成しても
良い。The rear plate 131 is mainly used for the base 12.
1 is provided for the purpose of reinforcing the strength of the base body 121.
Separate rear plate 1 if it has sufficient strength
31 can be unnecessary. That is, the support frame 132 may be directly sealed to the base 121, and the face plate 136, the support frame 132, and the base 121 may constitute the envelope 137.
【０１１３】一方、フェースプレート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, an envelope 137 having sufficient strength against atmospheric pressure can be constructed. .
【０１１４】なお、本実施の形態に係る電子放出素子を
用いた画像形成装置では、放出した電子軌道を考慮し
て、電子放出素子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 according to this embodiment, the fluorescent substance (fluorescent film 134) is provided above the electron-emitting device 124 in consideration of the emitted electron trajectories.
Align and place.
【０１１５】図８は、本実施の形態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８（ａ）に示すブラ
ックストライプ又は図８（ｂ）に示すブラックマトリク
スと呼ばれる黒色導電材１４１と蛍光体１４２とから蛍
光膜１３４を構成した。FIG. 8 is a schematic diagram showing the fluorescent film 134 used in the panel of this embodiment. In the case of a color fluorescent film, the fluorescent film 134 is composed of a black conductive material 141 called a black stripe shown in FIG. 8A or a black matrix shown in FIG. did.
【０１１６】本実施の形態に係る電子放出素子において
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を得ることが可能である。In the electron-emitting device according to the present embodiment, the gate electrode is used as a modulation electrode, and a high voltage can be applied to the anode. Therefore, the emitted electrons have energy sufficient to cause the phosphor to emit light. Therefore, it is possible to collide with the phosphor and obtain sufficient brightness with the phosphor.
【０１１７】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.
【０１１８】[0118]
【実施例】以下に、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.
【０１１９】［実施例１］図９に本実施例により作製し
た電子放出素子の概略斜視図の一例、及び図１０に本実
施例の電子放出素子の製造方法の一例を示す。Example 1 FIG. 9 shows an example of a schematic perspective view of an electron-emitting device manufactured according to this example, and FIG. 10 shows an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to this example.
【０１２０】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.
【０１２１】（工程１）まず、図１０（ａ）に示すよう
に、基板１１に石英を用い、十分洗浄を行った後、スパ
ッタ法により、基板１１上に、カソード電極１２として
厚さ１μｍのＡｌを積層した。続いて、ＣＶＤ法によ
り、電子放出膜１５として厚さ５０ｎｍのダイヤモンド
ライクカーボン膜を堆積した。反応ガスは、ＣＨ4とＨ2
とＮ2の混合ガスを用いた。そして、スパッタ法によ
り、絶縁層１３として厚さ５００ｎｍ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 1) First, as shown in FIG. 10A, a substrate 11 is made of quartz and sufficiently cleaned, and then a cathode electrode 12 having a thickness of 1 μm is formed on the substrate 11 by a sputtering method. Al was laminated. Subsequently, a diamond-like carbon film having a thickness of 50 nm was deposited as the electron emission film 15 by the CVD method. The reaction gas is CH 4 and H 2.
And a mixed gas of N 2 was used. Then, SiO 2 having a thickness of 500 nm was deposited as the insulating layer 13 and Ta having a thickness of 100 nm was deposited as the gate electrode 14 in this order by the sputtering method.
【０１２２】（工程２）次に、図１０（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。(Step 2) Next, as shown in FIG. 10B, spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / Clariant) and exposure and development of a photomask pattern are performed by photolithography to form a mask pattern. 18a was formed.
【０１２３】マスクパターン１８ａは、次工程でドライ
エッチングされる部分を除いて形成される。The mask pattern 18a is formed except for the portion which is dry-etched in the next step.
【０１２４】（工程３）そして、図１０（ｃ）に示すよ
うに、マスクパターン１８ａをマスクとして、Ｃｌ2、
ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ａｒ、及びＯ2ガスを用いて、ゲート
電極１４及び絶縁層１３をドライエッチングした。(Step 3) Then, as shown in FIG. 10C, Cl 2 ,
The gate electrode 14 and the insulating layer 13 were dry-etched using CF 4 , CHF 3 , Ar, and O 2 gas.
【０１２５】（工程４）次に、図１０（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. 10D, the mask pattern 18a was completely removed.
【０１２６】（工程５）続いて、図１０（ｅ）に示すよ
うに、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト
（ＡＺ１５００／クラリアント社製）のスピンコーティ
ング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパ
ターン１８ｂを形成した。(Step 5) Subsequently, as shown in FIG. 10E, the spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / Clariant) and the photomask pattern are exposed and developed by photolithography to form a mask pattern. 18b was formed.
【０１２７】（工程６）そして、図１０（ｆ）に示すよ
うに、マスクパターン１８ｂをマスクとして、Ｃｌ2を
用いて、ゲート電極１４をエッチングした。(Step 6) Then, as shown in FIG. 10F, the gate electrode 14 was etched with Cl 2 using the mask pattern 18b as a mask.
【０１２８】（工程７）最後に、図１０（ｇ）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 7) Finally, as shown in FIG. 10G, the mask pattern 18b is completely removed to complete the electron-emitting device of this embodiment.
【０１２９】以上のようにして作製した電子放出素子を
図４に示すように配置して電子を放出させた。The electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. 4 to emit electrons.
【０１３０】本実施例では、Ｖａ＝５ｋＶ、Ｖｇ＝２０
Ｖ、Ｄ＝１ｍｍとした。In this embodiment, Va = 5 kV and Vg = 20.
V and D were set to 1 mm.
【０１３１】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。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。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。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. Further, an electrode coated with a phosphor was used as the anode 19, and the electron beam diameter was observed. The anode current mentioned here is a current flowing between the anode 19 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.
【０１３２】本実施例と積層方向の厚さは同じで、０．
５μｍ幅のライン状の開口を有する電子放出素子と比較
すると、電子ビーム径は約３７％と小さくなった。The thickness in the stacking direction is the same as that of this embodiment, and
The electron beam diameter was as small as about 37% as compared with the electron-emitting device having a line-shaped opening with a width of 5 μm.
【０１３３】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。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.
【０１３４】また、アノード電流は約６７％増加した。Further, the anode current increased by about 67%.
【０１３５】アノード電流が多ければ多いほど、画像形
成装置等に用いた際に、蛍光体を十分な輝度で発光させ
ることことが出来るため、アノード電流は多い方が望ま
しい。The larger the anode current is, the more the anode can be made to emit light with sufficient brightness when used in an image forming apparatus or the like. Therefore, the larger the anode current is, the more preferable.
【０１３６】ここで、本実施例の電子放出素子から放出
される電子は、電子放出膜の真上から凸状部側にある程
度移動した場所に到達している。Here, the electrons emitted from the electron-emitting device of the present embodiment have reached a position where they have moved to some extent from the position right above the electron-emitting film to the convex portion side.
【０１３７】また、本実施例の絶縁層を、後述する実施
例２で説明するように２層にし、カソード電極側の絶縁
層の誘電率を、その上に積層されている絶縁層及び電子
放出膜の誘電率よりも大きくしても好適である。Further, the insulating layer of this example is made into two layers as described in Example 2 to be described later, and the dielectric constant of the insulating layer on the cathode electrode side is set to the insulating layer and the electron emission layer laminated thereon. It is also suitable to make it larger than the dielectric constant of the film.
【０１３８】［実施例２］図１１に実施例２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 2] FIG. 11 shows an example of a schematic perspective view of an electron-emitting device manufactured according to Embodiment 2.
【０１３９】本実施例では、絶縁層が２層になってお
り、基板側の絶縁層１３ａの誘電率がその上の絶縁層１
３ｂ及び電子放出膜１５の誘電率よりも大きくなってい
る例を示す。ここでは、本実施例の特徴部分のみを説明
し、実施例１と重複する説明は省略する。In this embodiment, there are two insulating layers, and the dielectric constant of the insulating layer 13a on the substrate side is higher than that of the insulating layer 1 above it.
An example is shown in which the dielectric constants of 3b and the electron emission film 15 are larger than that. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and the description overlapping with that of the first embodiment will be omitted.
【０１４０】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.
【０１４１】（工程１）まず、図１２（ａ）に示すよう
に、基板１１に石英を用い、十分洗浄を行った後、スパ
ッタ法により、基板１１上に、カソード電極１２として
厚さ１μｍのＴａ、絶縁層１３ａとして厚さ３００ｎｍ
のＴａ2Ｏ5、絶縁層１３ｂとして厚さ２００ｎｍのＳｉ
Ｏ2、ゲート電極１４として厚さ１００ｎｍのＴａをこ
の順で堆積した。(Step 1) First, as shown in FIG. 12A, after using quartz for the substrate 11 and performing sufficient cleaning, a cathode electrode 12 having a thickness of 1 μm was formed on the substrate 11 by a sputtering method. Ta, thickness of the insulating layer 13a is 300 nm
Of Ta 2 O 5 and Si having a thickness of 200 nm as the insulating layer 13b
O 2 and Ta having a thickness of 100 nm were deposited in this order as the gate electrode 14.
【０１４２】（工程２）次に、図１２（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。(Step 2) Next, as shown in FIG. 12B, by photolithography, spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant), exposure and development of a photomask pattern, and mask pattern formation. 18a was formed.
【０１４３】マスクパターン１８ａは、次工程でドライ
エッチングされる部分を除いて形成される。The mask pattern 18a is formed except for the portion which is dry-etched in the next step.
【０１４４】（工程３）そして、図１２（ｃ）に示すよ
うに、マスクパターン１８ａをマスクとして、Ｃｌ2、
ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ａｒ、及びＯ2ガスを用いて、ゲート
電極１４、絶縁層１３ａ及び絶縁層１３ｂをドライエッ
チングした。(Step 3) Then, as shown in FIG. 12C, Cl 2 ,
The gate electrode 14, the insulating layer 13a, and the insulating layer 13b were dry-etched using CF 4 , CHF 3 , Ar, and O 2 gas.
【０１４５】（工程４）続いて、図１２（ｄ）に示すよ
うに、ＣＶＤ法により、電子放出膜１５として厚さ５０
ｎｍのダイヤモンドライクカーボン膜を堆積した。反応
ガスは、ＣＨ4とＨ2とＮ2の混合ガスを用いた。(Step 4) Subsequently, as shown in FIG. 12D, a thickness of 50 is formed as the electron emission film 15 by the CVD method.
nm diamond-like carbon film was deposited. As the reaction gas, a mixed gas of CH 4 , H 2 and N 2 was used.
【０１４６】（工程５）次に、図１２（ｅ）に示すよう
に、マスクパターン１８ａを完全に除去した。(Step 5) Next, as shown in FIG. 12E, the mask pattern 18a was completely removed.
【０１４７】（工程６）続いて、図１２（ｆ）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。(Step 6) Subsequently, as shown in FIG. 12F, by photolithography, spin coating of a positive photoresist (AZ1500 / Clariant), exposure and development of a photomask pattern, and mask pattern formation. 18b was formed.
【０１４８】（工程７）そして、図１２（ｇ）に示すよ
うに、マスクパターン１８ｂをマスクとして、Ｃｌ2を
用いて、ゲート電極１４をエッチングした。(Step 7) Then, as shown in FIG. 12G, the gate electrode 14 was etched with Cl 2 using the mask pattern 18b as a mask.
【０１４９】（工程８）最後に、図１２（ｈ）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 8) Finally, as shown in FIG. 12H, the mask pattern 18b is completely removed to complete the electron-emitting device of this embodiment.
【０１５０】以上のようにして作製した電子放出素子を
図４に示すように配置して電子を放出させた。本実施例
では、Ｖａ＝５ｋＶ、Ｖｇ＝２０Ｖ、Ｄ＝１ｍｍとし
た。The electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. 4 to emit electrons. In this example, Va = 5 kV, Vg = 20 V, and D = 1 mm.
【０１５１】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。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。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. 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.
【０１５２】本実施例と積層方向の厚さは同じで、０．
５μｍ幅のライン状の開口を有する電子放出素子と比較
すると、電子ビーム径は約３４％と小さくなった。ま
た、アノード電流は約７２％増加した。The thickness in the stacking direction is the same as that of this embodiment, and
Compared with an electron-emitting device having a line-shaped opening with a width of 5 μm, the electron beam diameter was as small as about 34%. Also, the anode current increased by about 72%.
【０１５３】また、ゲート電流は約７％と減少した。The gate current was reduced to about 7%.
【０１５４】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１３ａ及び１３ｂにも衝
突していると考えられる。It is considered that the larger the gate current is, the more the electrons emitted from the electron emission film 15 collide with the gate electrode 14. Therefore, the insulating layer 13a between the gate electrode 14 and the cathode electrode 12 is considered. And 13b are also considered to have collided.
【０１５５】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１３ａ及び
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。When the gate current flows, power consumption increases, and when the emitted electrons collide with the insulating layers 13a and 13b, a problem such as discharge due to charge-up of the insulating layer occurs. Therefore, it is desirable that the gate current is small.
【０１５６】ここで、本実施例の電子放出素子から放出
される電子は、電子放出膜の真上から凸状部側にある程
度移動した場所に到達している。Here, the electrons emitted from the electron-emitting device of the present embodiment have reached a position where they have moved to a certain extent from directly above the electron-emitting film to the convex portion side.
【０１５７】ここで言う電子ビーム径及びアノード電流
は、実施例１で記述したものと同じである。The electron beam diameter and the anode current mentioned here are the same as those described in the first embodiment.
【０１５８】本実施例では、絶縁層を２層にし、カソー
ド電極側の絶縁層の誘電率を、その上に積層されている
絶縁層及び電子放出膜の誘電率よりも大きくすることに
より、電子放出膜上に形成される等電位面の形状が凹型
となり、絶縁層に入射する電子の量を軽減することがで
きた。In the present embodiment, the number of insulating layers is two, and the dielectric constant of the insulating layer on the cathode electrode side is made larger than the dielectric constants of the insulating layer and the electron-emitting film laminated thereon, so that the electron The equipotential surface formed on the emission film has a concave shape, and the amount of electrons incident on the insulating layer can be reduced.
【０１５９】［実施例３］図１３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. 13 shows an example of a schematic perspective view of an electron-emitting device manufactured according to Embodiment 3.
【０１６０】本実施例では、電子放出膜１５上に導電層
１６が積層されており、その導電層１６が凸状部の一部
と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、上述した実施例１，２と重複する説明は
省略する。In this example, the conductive layer 16 is laminated on the electron emission film 15, and the conductive layer 16 is a part of the convex portion. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and the description overlapping with those of the first and second embodiments will be omitted.
【０１６１】本実施例の製造工程は、実施例１で示した
ものと同様であるが、電子放出膜１５を積層した後に、
スパッタ法により、電子放出膜１５上に、導電層１６と
して厚さ５０ｎｍのＴａを堆積した。The manufacturing process of this example is the same as that shown in Example 1, except that after the electron emission film 15 is laminated,
A Ta layer having a thickness of 50 nm was deposited as the conductive layer 16 on the electron emission film 15 by the sputtering method.
【０１６２】本実施例の電子放出素子を図４に示すよう
に配置して電子を放出させた。本実施例では、Ｖａ＝５
ｋＶ、Ｖｇ＝２０Ｖ、Ｄ＝１ｍｍとした。The electron-emitting device of this example was arranged as shown in FIG. 4 to emit electrons. In this embodiment, Va = 5
kV, Vg = 20V, and D = 1 mm.
【０１６３】本実施例と積層方向の厚さは同じで、０．
５μｍ幅のライン状の開口を有する電子放出素子と比較
すると、電子ビーム径は約２８％と小さくなった。ま
た、アノード電流は約６４％増加した。また、ゲート電
流は１％以下に減少した。The thickness in the stacking direction is the same as that of this embodiment, and
Compared with an electron-emitting device having a line-shaped opening with a width of 5 μm, the electron beam diameter was as small as about 28%. Also, the anode current increased by about 64%. Also, the gate current was reduced to 1% or less.
【０１６４】ここで、本実施例の電子放出素子から放出
される電子は、電子放出膜の真上から凸状部側にある程
度移動した場所に到達している。Here, the electrons emitted from the electron-emitting device of the present embodiment have reached a position where they have moved to some extent from directly above the electron-emitting film to the convex portion side.
【０１６５】ここで言う電子ビーム径、アノード電流及
びゲート電流は、実施例２で記述したものと同じであ
る。The electron beam diameter, anode current and gate current referred to here are the same as those described in the second embodiment.
【０１６６】本実施例では、凸状部の一部となっている
導電層１６を電子放出膜１５上（アノード１９側）に有
することにより、電子放出膜１５上に形成される等電位
面の形状が凹型となり、絶縁層に絶縁層に入射する電子
の量を軽減することができた。In this embodiment, the conductive layer 16 which is a part of the convex portion is provided on the electron emission film 15 (on the side of the anode 19), so that the equipotential surface formed on the electron emission film 15 is formed. The shape was concave, and the amount of electrons incident on the insulating layer could be reduced.
【０１６７】また、本実施例の絶縁層を２層にし、カソ
ード電極側の絶縁層の誘電率を、その上に積層されてい
る絶縁層の誘電率よりも小さくしても好適である。この
場合、電子放出膜にかかる電界強度が強まり、より大き
なアノード電流を得ることが出来る。It is also preferable that the insulating layer of this embodiment has two layers and the dielectric constant of the insulating layer on the cathode electrode side is smaller than that of the insulating layer laminated thereon. In this case, the electric field strength applied to the electron emission film is increased, and a larger anode current can be obtained.
【０１６８】［実施例４］図１は実施例４により作製し
た電子放出素子の一例を示す概略斜視図である。[Embodiment 4] FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of an electron-emitting device manufactured according to Embodiment 4.
【０１６９】本実施例では、カソード電極１２が掘り込
まれており、その掘り込まれた部分に電子放出膜１５
が、掘り込み深さよりも薄く堆積している例を示す。こ
こでは、本実施例の特徴部分のみを説明し、上述した実
施例１〜３と重複する説明は省略する。In this embodiment, the cathode electrode 12 is dug, and the electron emitting film 15 is dug into the dug portion.
However, the example shows that the deposit is thinner than the digging depth. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and the description overlapping with the above-described first to third embodiments will be omitted.
【０１７０】本実施例の製造工程は、実施例２で示した
ものと同様であるが、絶縁層１３が１層である点と、エ
ッチングの際にカソード電極１２が掘り込まれ、その掘
り込まれた部分に掘り込み深さよりも薄い電子放出膜１
５が堆積している点で異なる。The manufacturing process of this embodiment is the same as that of the second embodiment, except that the insulating layer 13 is one layer and that the cathode electrode 12 is dug during etching. Electron emission film 1 thinner than the digging depth
The difference is that 5 is accumulated.
【０１７１】本実施例の電子放出素子を図４に示すよう
に配置して電子を放出させた。本実施例では、Ｖａ＝５
ｋＶ、Ｖｂ＝２０Ｖ、Ｄ＝１ｍｍとした。The electron-emitting device of this example was arranged as shown in FIG. 4 to emit electrons. In this embodiment, Va = 5
kV, Vb = 20V, and D = 1 mm.
【０１７２】本実施例と積層方向の厚さは同じで、０．
５μｍ幅のライン状の開口を有する電子放出素子と比較
すると、電子ビーム径は約２８％と小さくなった。ま
た、アノード電流は約６４％増加した。また、ゲート電
流は１％以下に減少した。The thickness in the stacking direction is the same as that of this embodiment, and
Compared with an electron-emitting device having a line-shaped opening with a width of 5 μm, the electron beam diameter was as small as about 28%. Also, the anode current increased by about 64%. Also, the gate current was reduced to 1% or less.
【０１７３】ここで、本実施例の電子放出素子から放出
される電子は、電子放出膜の真上から凸状部側にある程
度移動した場所に到達している。Here, the electrons emitted from the electron-emitting device of the present embodiment have reached a position where they have moved to some extent from directly above the electron-emitting film to the convex portion side.
【０１７４】ここで言う電子ビーム径、アノード電流及
びゲート電流は、実施例２で記述したものと同じであ
る。The electron beam diameter, anode current and gate current referred to here are the same as those described in the second embodiment.
【０１７５】本実施例では、カソード電極を掘り込み、
その掘り込み部に、掘り込み深さよりも薄い電子放出膜
を有することにより、電子放出膜上に形成される等電位
面の形状が凹型となり、絶縁層に入射する電子の量を軽
減することができた。In this example, the cathode electrode was dug,
By having an electron emitting film thinner than the digging depth in the dug portion, the equipotential surface formed on the electron emitting film has a concave shape, and the amount of electrons incident on the insulating layer can be reduced. did it.
【０１７６】また、本実施例の絶縁層を２層にし、カソ
ード電極側の絶縁層の誘電率を、その上に積層されてい
る絶縁層の誘電率よりも小さくしても好適である。この
場合、電子放出膜にかかる電界強度が強まり、より大き
なアノード電流を得ることが出来る。It is also preferable that the insulating layer of this embodiment has two layers, and the dielectric constant of the insulating layer on the cathode electrode side is smaller than that of the insulating layer laminated thereon. In this case, the electric field strength applied to the electron emission film is increased, and a larger anode current can be obtained.
【０１７７】［実施例５］実施例１〜４の電子放出素子
で画像形成装置を作製した。[Embodiment 5] An image forming apparatus was produced using the electron-emitting devices of Embodiments 1 to 4.
【０１７８】電子放出素子を１００×１００のＭＴＸ状
に配置した。配線は、図６のようにｘ側を第２の電極
（カソード電極１２）に、ｙ側を第１の電極（ゲート電
極１４）に接続した。素子は、横３００μｍ、縦３００
μｍ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。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. 6, the x side was connected to the second electrode (cathode electrode 12) and the y side was connected to the first electrode (gate electrode 14). The element has a width of 300 μm and a length of 300
It was arranged at a pitch of μm. 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. As a result, it is possible to form a high-definition image forming apparatus that is capable of matrix driving.
【０１７９】[0179]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
陽極側から見た場合に、一方向側にしか第１の電極が存
在しないため、従来のような第１の電極と絶縁層を貫通
する開口を形成している場合に比べ、一方向にしか電子
が放出されないため、電子放出部から放出される電子ビ
ームの径を小さくすることが可能となる。As described above, according to the present invention,
When viewed from the anode side, since the first electrode exists only in one direction side, it is only in one direction as compared with the conventional case where an opening penetrating the first electrode and the insulating layer is formed. Since no electrons are emitted, the diameter of the electron beam emitted from the electron emitting portion can be reduced.
【０１８０】さらに、電子放出膜上に形成される等電位
面の形状を凹型にすることができるので、電子放出膜か
ら放出された電子が、凸状部を形成する絶縁層に入射
し、絶縁層がチャージアップする虞を軽減することが出
来る。Further, since the equipotential surface formed on the electron emission film can be made concave, the electrons emitted from the electron emission film are incident on the insulating layer forming the convex portion and are insulated. It is possible to reduce the risk that the layers will be charged up.
【０１８１】また、電子放出素子は、単純な積層構造か
らなるため、製造が容易である。Further, since the electron-emitting device has a simple laminated structure, it is easy to manufacture.
【０１８２】また、本発明を適用した電子放出素子を電
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 the electron-emitting device to which the present invention is applied is applied to an electron source or an image forming apparatus, an electron source and an image forming apparatus having excellent performance can be realized.
【図１】実施の形態に係る電子放出素子の構成を示す概
略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of an electron-emitting device according to an embodiment.
【図２】実施の形態に係る電子放出素子の構成を示す概
略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing the structure of the electron-emitting device according to the embodiment.
【図３】実施の形態に係る電子放出素子の構成を示す概
略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the electron-emitting device according to the embodiment.
【図４】実施の形態に係る電子放出素子を動作させる時
の構成例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example when operating the electron-emitting device according to the embodiment.
【図５】実施の形態に係る電子放出素子の製造方法の一
例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment.
【図６】実施の形態に係る単純マトリクス配置の電子源
を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an electron source having a simple matrix arrangement according to an embodiment.
【図７】実施の形態に係る単純マトリクス配置の電子源
を用いた画像形成装置を示す概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus using an electron source having a simple matrix arrangement according to an embodiment.
【図８】実施の形態に係る画像形成装置に用いられる蛍
光膜を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a fluorescent film used in the image forming apparatus according to the embodiment.
【図９】実施例１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 the electron-emitting device according to the first embodiment.
【図１０】実施例１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. 10 is a diagram showing an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the first embodiment.
【図１１】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. 11 is a schematic perspective view showing an electron-emitting device according to a second embodiment.
【図１２】実施例２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. 12 is a diagram showing an example of a method for manufacturing the electron-emitting device according to the second embodiment.
【図１３】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. 13 is a schematic perspective view showing an electron-emitting device according to a third embodiment.
【図１４】従来技術に係るＦＥ型電子放出素子の一例を
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.
【図１５】従来技術に係る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. 15 is a schematic cross-sectional view showing an example of a FE type electron-emitting device according to a conventional technique, in which a cathode electrode is dug.
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 導電層 １７ 等電位面 １８ａ マスクパターン １８ｂ マスクパターン １９ アノード ２０ 放出電子の軌跡 １２１ 電子源基板 １２２ Ｘ方向配線 １２３ Ｙ方向配線 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 黒色導電材 １４２ 蛍光体 Ｄ ゲート電極とアノード間距離 Ｗ ゲート電極幅 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 11 board 12 Cathode electrode 13 Insulation layer 13a insulating layer 13b insulating layer 14 Gate electrode 15 Electron emission film 16 Conductive layer 17 equipotential surface 18a mask pattern 18b mask pattern 19 Anode 20 Ejection electron trajectory 121 electron source substrate 122 X-direction wiring 123 Y direction 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 D Distance between gate electrode and anode W gate electrode width Va Potential difference between cathode electrode and anode Vg Potential difference between gate electrode and cathode electrode
Claims (22)
と、 前記第１の電極と絶縁して設けられる第２の電極と、 前記第２の電極上に設けられる電子放出材と、 を有する電子放出部を基板上に設け、 前記電子放出部に対して所定の距離を隔てて設けられる
陽極に向けて該電子放出部から電子を放出させる電子放
出素子であって、 前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記絶縁層と、
前記電子放出材とは前記陽極に対向して設けられ、 前記陽極との距離が、前記電子放出材、前記絶縁層、前
記第１の電極の順に短くなるように設けられていること
を特徴とする電子放出素子。1. A convex portion on which a first electrode and an insulating layer are stacked, a second electrode provided so as to be insulated from the first electrode, and an electron emission provided on the second electrode. An electron-emitting device having an electron-emitting portion having a material, and emitting electrons from the electron-emitting portion toward an anode provided at a predetermined distance from the electron-emitting portion. A first electrode, the second electrode, the insulating layer,
The electron emitting material is provided so as to face the anode, and the distance from the anode is provided such that the electron emitting material, the insulating layer, and the first electrode become shorter in this order. Electron-emitting device that does.
記第２の電極上であって、前記基板に略直交する方向に
投影した場合に前記電子放出材に隣接して設けられたこ
とを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。2. The convex portion is provided on the second electrode provided on the substrate and adjacent to the electron emitting material when projected in a direction substantially orthogonal to the substrate. The electron-emitting device according to claim 1, wherein
２の電極の内、前記陽極との距離が短い方の領域に、前
記凸状部が設けられていることを特徴とする請求項１又
は２に記載の電子放出素子。3. A step is provided on the second electrode, and the convex portion is provided in a region of the second electrode that is closer to the anode. The electron-emitting device according to claim 1 or 2.
長い方の領域に、前記電子放出材が設けられており、 前記基板に略直交する方向に投影した場合に、前記電子
放出材と、前記陽極との距離が短い方の領域に設けられ
た前記凸状部とは隣接して設けられていることを特徴と
する請求項３に記載の電子放出素子。4. The electron emitting material is provided in a region of the second electrode, which has a longer distance from the anode, and when the electron emitting material is projected in a direction substantially orthogonal to the substrate, the electron is emitted. The electron-emitting device according to claim 3, wherein the emitting material and the convex portion provided in a region having a shorter distance from the anode are provided adjacent to each other.
は、前記電子放出材の膜厚よりも深いことを特徴とする
請求項３又は４に記載の電子放出素子。5. The electron emitting device according to claim 3, wherein the depth of the step provided on the second electrode is deeper than the film thickness of the electron emitting material.
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 device according to claim 1, wherein the second electrode is composed of a plurality of layers.
数の層が積層されて前記段差が構成されることを特徴と
する請求項３乃至６のいずれか１項に記載の電子放出素
子。7. The electron according to claim 3, wherein the second electrode is composed of a plurality of layers, and the step is formed by laminating the plurality of layers. Emissive element.
極上に設けられた前記電子放出材の一部領域上に設けら
れたことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。8. The electron according to claim 1, wherein the convex portion is provided on a partial region of the electron-emitting material provided on the second electrode on the substrate. Emissive element.
られた前記凸状部の前記絶縁層との間に導電層を設けた
ことを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子。9. The electron emission according to claim 8, wherein a conductive layer is provided between the electron emission material and the insulating layer of the convex portion provided on the electron emission material. element.
特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電子
放出素子。10. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the insulating layer is composed of a plurality of layers.
設けられ、 前記陽極との距離が、前記電子放出材、前記導電性を有
する領域、前記絶縁層の順に短くなるように設けられた
場合、前記絶縁層は、前記導電性を有する領域側に誘電
率の小さい層を有することを特徴とする請求項１０に記
載の電子放出素子。11. The convex portion is provided with a region having conductivity, and the distance from the anode is provided such that the electron-emitting material, the region having conductivity, and the insulating layer become shorter in this order. 11. The electron-emitting device according to claim 10, wherein the insulating layer has a layer having a small dielectric constant on the side of the region having the conductivity.
第２の電極側に誘電率の大きい層を有することを特徴と
する請求項２または８に記載の電子放出素子。12. The electron-emitting device according to claim 2, wherein the insulating layer is composed of a plurality of layers and has a layer having a large dielectric constant on the side of the second electrode.
第２の電極側に誘電率の小さい層を有することを特徴と
する請求項３，４，５，６，７または９に記載の電子放
出素子。13. The insulating layer comprises a plurality of layers, and has a layer having a small dielectric constant on the side of the second electrode, according to claim 3, 4, 5, 6, 7 or 9. Electron-emitting device.
の誘電率は、前記電子放出材の誘電率よりも大きいこと
を特徴とする請求項１２に記載の電子放出素子。14. The electron-emitting device according to claim 12, wherein a dielectric constant of a layer of the insulating layer on the side of the second electrode is larger than a dielectric constant of the electron-emitting material.
の膜厚は、前記電子放出材の膜厚よりも厚いことを特徴
とする請求項１２又は１４に記載の電子放出素子。15. The electron-emitting device according to claim 12, wherein a layer of the insulating layer on the side of the second electrode is thicker than a layer of the electron-emitting material. .
徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の電子
放出素子。16. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting material contains carbon.
を特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項記載の電
子放出素子。17. The electron emitting device according to claim 1, wherein the electron emitting material is a substantially flat film.
あることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項
に記載の電子放出素子。18. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting material is a fibrous carbon compound.
の電子放出素子を複数個並列に配置し、結線してなる該
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。19. A plurality of electron-emitting devices according to any one of claims 1 to 18 are arranged in parallel and are connected to each other, and at least one line of the electron-emitting devices is provided. Characteristic electron source.
の電子放出素子を複数個配列してなる該電子放出素子の
列を少なくとも１列以上有し、 前記電子放出素子を駆動する低電位供給用配線と高電位
供給用配線がマトリクス配置されていることを特徴とす
る電子源。20. At least one row of electron-emitting devices, which is formed by arranging a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1, and has at least one column for driving the electron-emitting devices. An electron source characterized in that potential supply wirings and high potential supply wirings are arranged in a matrix.
該電子源から放出された電子によって画像を形成する画
像形成部材と、を備え、情報信号により該電子源の各電
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。21. An electron source according to claim 19 or 20,
An image forming member that forms an image by electrons emitted from the electron source, and controls the amount of electrons of each electron-emitting device of the electron source by an information signal.
とを特徴とする請求項２１に記載の画像形成装置。22. The image forming apparatus according to claim 21, wherein the image forming member includes a phosphor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001304605A JP2003109489A (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Electron emission element, electron source, and image forming device |
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| JP2001304605A JP2003109489A (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Electron emission element, electron source, and image forming device |
Publications (1)
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|---|---|---|---|---|
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| KR100719563B1 (en) * | 2005-10-13 | 2007-05-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | Light emitting device using electron emission and flat display apparatus using the same |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001304605A patent/JP2003109489A/en not_active Withdrawn
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| KR100719563B1 (en) * | 2005-10-13 | 2007-05-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | Light emitting device using electron emission and flat display apparatus using the same |
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