JP2005019191A

JP2005019191A - Electron emission element, electron source, and image forming device

Info

Publication number: JP2005019191A
Application number: JP2003182240A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Nomura; 和司野村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure with a cathode electrode embedded, and to form an electron emission part at a region where the cathode electrode is embedded. <P>SOLUTION: Electron emission is driven under a normally ON state, and the potential of a modulating electrode is made lower than the potential of a cathode electrode to stop the electron emission. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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。
【０００２】
【従来の技術】
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。）や、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）等がある。
【０００３】
ＦＥ型の一例の概略断面構造を図１３に示す。なお、図中３０１は基板、３０２はカソード電極、３０３は絶縁層、３０４はゲート電極、３０５はエミッタである。この構造は、カソード電極上に配置された、絶縁層とゲート電極との積層体に開口を形成し、この開口内に円錐状のエミッタを配置した、所謂「スピント型」構造である。尚、このように、カソード電極、ゲート電極、アノード電極とで構成される電子放出素子は、３端子型の電子放出素子と呼ばれる。
【０００４】
スピント型の電子放出素子は、放出点としてマイクロチップ（円錐状のエミッタ）が形成され、その先端（円錐の頂点）から電子が放出される。スピント型においては、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す傾向にある。そのためアノードに到達する電子ビームのスポット形状が、大きくなってしまう傾向がある。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ので、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。そして、絶縁層を介してカソード電極とゲート電極を積層した構造となっているため、表示画素数の増大に伴い、駆動時に、電子放出素子の持つ素子容量に起因して消費電力が増大してしまう。
【０００５】
スピント型の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。よって、製造工程がより複雑になってしまい、製造コストの増大を招いてしまう。
【０００６】
また、電子ビームの広がりを小さくする別の例としては、開口内に円錐状のエミッタを配置せず、膜状のエミッタを配置した構造が開示されている（例えば特許文献１、特許文献２など参照）。このような電子放出素子の概略断面構造を図１４に示す。なお、図中３０１は基板、３０２はカソード電極、３０３は絶縁層、３０４はゲート電極、３０５は電子放出膜である。これはカソード電極上に配置された絶縁層とゲート電極に形成された開口がカソードまで掘り込まれ、且つカソード電極上に形成された電子放出膜の表面がカソード電極と絶縁層との界面よりも基板側にあることによって、電子ビームの広がりを低減しようとするものである。
【０００７】
また、カソード電極とアノード電極の２端子構造で、アノード電極に印加した電圧が形成する電界によって、エミッタから電子を放出させる構造が開示されている（例えば特許文献３参照）。このような電子放出素子の一例の概略断面構造を図１５に示す。なお、図中３０１は基板、３０２はカソード電極、３０５は電子放出膜、３０６はアノード電極である。
【０００８】
また、図１５に示した２端子構造と同様に、アノード電極とカソード電極との間の電界により電子を放出する構造ではあるが、さらに変調電極を設けた３端子構造の電子放出装置も開示されている（例えば特許文献４参照）。この３端子構造の電子放出装置の概略断面図を図１６に示す。なお、図１６中３０１は基板、３０２はカソード電極、３０３は絶縁層、３０５は電子放出膜、３０６はアノード電極、３０７は変調電極である。この例は、アノード電極に印加した電圧が形成する電界によって、電子放出膜のエッジ部から電子を放出させる電子放出素子で、アノード電極に印加する電圧は一定に保ち、変調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を止める制御をする電子放出素子である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−９６７０４号公報
【特許文献２】
特開平８−１１５６５４号公報
【特許文献３】
米国特許第５５５１９０３号明細書
【特許文献４】
特開２００２−１７０４８３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ディスプレイ等の画像形成装置においては、より高精細な解像度が要求されている。ディスプレイの高精細化のためには、電子放出膜から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、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、低消費電力で駆動できることが望まれる。
【００１１】
しかし、図１４に示した構造では、電子放出膜３０５の表面のちょっとした凹凸や、放出電子の持つ放出時のエネルギーにより、電子が開口の側壁方向に放出され、絶縁層３０３に衝突し、その表面をチャージアップする可能性や、ゲート電極３０４に衝突する可能性を完全にゼロには出来ない。
【００１２】
また、図１５、１６に示した構造では、アノード電極３０６に印加した電圧が形成する電界によって、電子放出膜３０５から電子を放出させるため、電子放出膜３０５の端部に最大の電界がかかり、結果として放出電子のビーム径が広がる傾向にある。また、電子放出膜３０５が大きくなるに従って、電子放出膜の端部と中心部に印加される電界強度に差が出るため、アノード電極３０６に達する電子の分布が一様にならない。例えば電子放出膜３０５が形成されている凸部が円形であれば、アノード電極に達する電子の分布形状は略ドーナツ型となってしまう。その結果、各画素に必要電子電流量を得ようとすると、アノード電極に達する電子の分布形状に応じて、アノード電極上の蛍光体の部分的焼きつきが起き易くなる。また、アノード電極３０６に印加する電圧によって電子を引き出しているので、アノード電極の裏面に位置する蛍光体（不図示）を十分な輝度で発光させるためには、大きいアノード電圧を印加する必要がある。しかし、この構成ではアノード電極は変調電圧を兼ねているため、アノード電極に高電圧をかけ難い。これらを改善するために、アノード電極と電子放出膜との距離Ｈを短くすると、放出電子のビーム径は小さくなり、電子を放出させるために必要となるアノード電圧は低くなるが、逆に、放出された電子のエネルギーが小さくなってしまい、蛍光体を十分な輝度で発光させることが困難となってしまう。
【００１３】
本発明は、上記従来例の問題点に対処するため、及び改善するためになされたものであって、その目的は、主に、電子放出膜から蛍光体に照射される電子ビームの径を小さくすることにある。
【００１４】
【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、電子放出装置であって、カソード電極と、該カソード電極と対向して配置されるアノード電極と、前記アノード電極に対向する、前記カソード電極の表面に配置された電子放出膜と、を備えており、前記カソード電極の表面のうちの、前記アノード電極に対向する表面は、第１の領域と、該第１の領域の周囲を取り巻く第２の領域と、を有しており、前記第１の領域と前記アノード電極との距離が、前記第２の領域と前記アノード電極との距離よりも大きく、前記電子放出膜は、前記第１の領域上に配置されており、前記電子放出膜の表面と前記アノード電極との距離が、前記第２の領域と前記アノード電極との距離よりも大きく、前記アノード電極と前記電子放出膜との電位差によって生じる電界によって、前記電子放出膜から電子が放出されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の電子放出装置においては、さらに、「前記電子放出膜からの放出電子を停止または変調するための変調電極を有すること」、「前記カソード電極の表面と前記アノード電極との距離が、前記変調電極と前記アノード電極との距離よりも短いこと」、「前記カソード電極の表面と前記アノード電極との距離が、前記変調電極と前記アノード電極との距離よりも長いこと」、「前記電子放出膜は、炭素を主成分とすること」、「前記電子放出膜は、ダイヤモンド構造またはグラファイト構造を含むこと」、「前記電子放出膜は、導電性のファイバー状の物質を含むこと」、「前記導電性のファイバー状の物質は、炭素を主体とすること」、「前記導電性のファイバー状の物質は、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、アモルファスカーボンファイバーの中から選択された少なくとも一つを含むこと」をも、その特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明は、上記した本発明の電子放出装置における、前記カソード電極および電子放出膜を基板上に複数配列して構成したものをも、その特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明は、上記した電子放出装置を複数配列して形成したディスプレイ装置をも、その特徴とする。尚、上記ディスプレイ装置においては、全ての電子放出装置のアノード電極として、一つの共通のアノード電極を用いる場合、または、各電子放出装置それぞれに独立したアノード電極を用いる場合、さらには、複数の電子放出装置をいくつかのグループにわけ、その各グループ各々に、１つの共通のアノード電極を用いる場合がある。
【００１８】
【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。
【００１９】
本発明の電子放出素子の特徴は、カソード電極の電位とアノード電極の電位（カソード電極の電位よりも高い電位）との差によって形成される電界によって電子放出膜から電子を引き出す電子放出素子である。そして、本発明の電子放出装置においては、カソード電極がその表面（アノード電極と対向する表面）に凹部を有し、その凹部に電子放出膜が配置されており、変調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から放出される電子の変調制御および電子放出を止める制御をする電子放出装置であることである。
【００２０】
上記した本発明の電子放出装置の構成では、アノード電極に対向する、カソード電極の表面が掘り込まれており、その掘り込み（凹部）内に電子放出膜が形成されている。そのため、その掘り込み内に形成される等電位面が凹型（電子放出膜に向かって凸型）となる。その結果、電子放出膜から放出される電子が広がらず、陽極であるアノード電極に到達した時の電子のビーム径を小さくすることができる。
【００２１】
また、カソード電極の上に絶縁層を堆積していないため、放出された電子が絶縁層に衝突し、絶縁層をチャージアップさせる恐れが無い。
【００２２】
さらに、変調電極をカソード電極よりも基板側（アノード電極から離れた側）に配置することにより、放出された電子が変調電極に流れ、電子放出効率が低下（無効電流が上昇）することを防ぐことが出来る。
【００２３】
図２は、本発明の電子放出装置の一例の、カソード電極１２と変調電極１４と電子放出膜１５とからなる部分の概略平面図であり、図１は、図２におけるＡ−Ａ′線での概略断面図を示す。
【００２４】
図１及び図２において、１１は基板、１２はカソード電極、１３は絶縁層、１５は電子放出膜、１７は変調電極である。
【００２５】
カソード電極１２表面の凹部の深さ及び幅は、カソード電極材料や電子放出膜１５の材料の仕事関数や、駆動時の電圧や、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。
【００２６】
また、同一の蛍光体領域（例えば１画素（同一発光色の領域）の蛍光体）に照射するために複数の電子放出膜を配置する構成の場合には、カソード電極に複数の凹部が配置されることになる。しかし、それら複数のカソード電極の凹部の深さ及び幅は、大きさが異なっていても良いし、同じであっても良い。
【００２７】
図１及び図２において、電子放出部側のみを図示しているが、本発明の電子放出装置を駆動する際には、図４に示すように、電子放出部から放出された電子を引きつけるアノード電極１６をカソード電極１２の電子放出膜１５が配置された表面と対向して設ける。
【００２８】
尚、ここでは、カソード電極１２と変調電極１７とを絶縁層を介して積層した形態例を示したが、図３に示すように、同一基板１１表面上に、カソード電極１２と変調電極１７とを並べて配置する形態であってもよい。また、このように配置する場合においては、カソード電極１２の、アノード電極１６に対向する表面が、変調電極１７の、アノード電極１６に対向する表面よりも、アノード電極側に近づくように配置することによって、より低電界で電子を放出することができる。また、逆に、カソード電極１２の、アノード電極１６に対向する表面が、変調電極１７の、アノード電極１６に対向する表面よりも、アノード電極側から遠いように配置することによって、放出された電子ビームをより集束することができる。
【００２９】
尚、本発明においては、カソード電極１２の、アノード電極１６に対向する表面は、第１の領域と、該第１の領域の外周を取り巻く第２の領域とで構成される。すなわち、前記第１の領域（凹部内のカソード電極表面）と前記アノード電極との距離が、前記第２の領域（凹部外のカソード電極表面）と前記アノード電極との距離よりも大きく設定される。そして、電子放出膜１５は、前記第１の領域に配置され、電子放出膜１５の表面とアノード電極１６との距離が、第２の領域（凹部外のカソード電極表面）とアノード電極１６との距離よりも大きい。
【００３０】
図５は、図１に示した本発明の電子放出装置の一部（カソード電極と変調電極と電子放出膜とからなる部分）の製造方法の一例を示した概略断面図である。
【００３１】
まず、図５（ａ）に示すように、基板１１上に、変調電極１７、絶縁層１３及びカソード電極１２を積層する。
【００３２】
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_２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上に変調電極１７、絶縁層１３及びカソード電極１２を積層する。
【００３３】
変調電極１７及びカソード電極１２は、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。変調電極１７及びカソード電極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、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、ＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＹＢ４、ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体等から適宜選択される。
【００３４】
変調電極１７及びカソード電極１２の厚さとしては、電極ライン部を含め、数十ｎｍから数ｍｍ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。
【００３５】
なお、変調電極１７とカソード電極１２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。
【００３６】
絶縁層１３は、スパッタ法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、蒸着法等の一般的な真空成膜法により形成することができる。また、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ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、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。
【００３７】
次に、図５（ｂ）に示すように、カソード電極１２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、カソード電極に掘り込み（凹部）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。
【００３８】
そして、図５（ｃ）に示すように、カソード電極を掘り込み、カソード電極に凹型の掘り込み（凹部）を形成する。本エッチング方法は、エッチング対象であるカソード電極１２の材料に応じて選択すれば良い。
【００３９】
続いて、図５（ｄ）に示すように、電子放出膜１５を堆積する。
【００４０】
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などのカーボンファイバーやファイバー状の導電性材料、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。この時、電子放出膜の膜厚は、カソード電極上の凹型の掘り込みの掘り込み深さよりも薄く設定する。
【００４１】
次に、図５（ｅ）に示すように、マスクパターン１８ａを除去し、続いて、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、カソード電極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。
【００４２】
そして、図５（ｆ）に示すように、カソード電極及び絶縁層を貫通してカソード電極を形成する。この時、貫通しなければ変調電極を掘り込んでも構わない。本エッチング方法は、エッチング対象であるカソード電極と絶縁層の材料に応じて選択すれば良い。
【００４３】
最後に、図５（ｇ）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。
【００４４】
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。
【００４５】
図６を用いて、本発明の電子放出素子を複数は配して得られる電子源について説明する。
【００４６】
１２１は電子源基体、１２２はＸ方向配線、１２３はＹ方向配線、１２４は本発明の電子放出素子、１２５は結線である。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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_２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１２２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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、リアプレート１３１は主に基体１２１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１３１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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
図８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構成した。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
［実施例１］
図１に本発明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。
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。
【００６６】
（工程１）
まず、図５（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、変調電極１７として厚さ３００ｎｍのＷ、絶縁層１３として厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２、カソード電極１２として厚さ２００ｎｍのＴｉＮを堆積した。
【００６７】
（工程２）
次に、図５（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。
【００６８】
マスクパターン１８ａは、次工程でカソード電極に凹型の掘り込み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。
【００６９】
（工程３）
そして、図５（ｃ）に示すように、マスクパターン１８ａをマスクとして、ＣＦ_４を用いて、カソード電極１２をドライエッチングし、カソード電極を掘り込み、カソード電極に凹型の掘り込みを形成した。本実施例では、カソード電極１２の掘り込みの幅を２μｍ、深さを１００ｎｍとした。
【００７０】
（工程４）
続いて、図５（ｄ）に示すように、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を堆積した。反応ガスは、ＣＨ_４とＨ_２とＮ_２の混合ガスを用いた。
【００７１】
（工程５）
次に、図５（ｅ）に示すように、マスクパターン１８ａを完全に除去し、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。
【００７２】
マスクパターン１８ｂは、次工程でカソード電極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。
【００７３】
（工程６）
そして、図５（ｆ）に示すように、マスクパターン１８ｂをマスクとして、ＣＦ_４を用いて、カソード電極１２及び絶縁層１３をドライエッチングによって貫通し、カソード電極を形成した。本実施例では、カソード電極１２の幅は約６μｍとした。
【００７４】
（工程７）
最後に、図５（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。
【００７５】
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。ここで、１６はアノード電極、Ｈはカソード電極とアノード電極との間の間隔、Ｖｃは変調電極１７とカソード電極１２との電位差、Ｖａはカソード電極１２とアノード電極１６との電位差である。Ｖａによって形成された電界によって電子放出膜１５から電子が放出され、アノード電極１６に引き付寄せられる。
【００７６】
本実施例では、Ｖｃ＝０Ｖ、Ｖａ＝５ｋＶ、Ｈ＝１ｍｍとした。
【００７７】
ここで、アノード電極１６として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。電子ビーム径は図の左右方向で約２０μｍとなった。よって本実施例の電子放出素子では、ビーム径を非常に小さくすることが出来る。
【００７８】
また、変調電極１７の電位をカソード電極１２の電位と比べて２５Ｖ低くすることによって、つまりＶｃ＝２５Ｖとすることによって、電子が全く放出されない状態となった。
【００７９】
本実施例では、カソード電極が１種類の材料からなっているが、カソード電極が複数の層からなっていても構わない。また、分離したカソード電極同士、及びカソード電極と電子放出膜とが電気的に接続されていれば、カソード電極間に絶縁層等が挟まれていても構わない。
【００８０】
［実施例２］
図９に本実施例により作製した電子放出素子の概略断面図を示す。本実施例では、電子放出膜をカソード電極で挟んで配置し、カソード電極が凹型に堀り込まれた構造とした例を示す。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。
【００８１】
（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、基板１１上に、変調電極１７として厚さ３００ｎｍのＴａ、絶縁層１３として厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２、カソード電極１２ａとして厚さ１００ｎｍのＷ、電子放出膜１５として５０ｎｍのダイヤモンドライクカーボン、カソード電極１２ｂとして５０ｎｍのＷを堆積した。
【００８２】
（工程２）
次に、図１０（ｂ）に示すように、マスクパターン１８ａを形成した。
【００８３】
マスクパターン１８ａは、次工程でカソード電極１２ｂに凹型の掘り込み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。
【００８４】
（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、カソード電極１２ｂを電子放出膜１５の表面が露出するまでドライエッチングし、カソード電極に凹型の掘り込みを形成した。本実施例では、カソード電極１２ｂの掘り込みの幅を５μｍとした。また、本実施例では、ドライエッチングを電子放出膜１５の表面で止めているが、電子放出膜１５を貫通しない限り、電子放出膜を掘り込んで形成しても構わない。
【００８５】
（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、続いて、マスクパターン１８ｂを形成した。
【００８６】
マスクパターン１８ｂは、次工程でカソード電極部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。
【００８７】
（工程５）
次に、図１０（ｅ）に示すように、マスクパターン１８ｂをマスクとして、カソード電極１２ｂ、電子放出膜１５、カソード電極１２ａ、及び絶縁層１３をドライエッチングによって貫通し、カソード電極部を形成した。本実施例では、カソード電極の幅は約９μｍとした。
【００８８】
（工程６）
最後に、図１０（ｆ）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。
【００８９】
以上のようにして作製した電子放出素子を実施例１と同様に、図４に示すように配置して電子を放出させた。ここで、カソード電極１２ａ、電子放出膜１５及びカソード電極１２ｂは電気的に接続されており、同電位となっている。
【００９０】
本実施例では、Ｖｃ＝０Ｖ、Ｖａ＝５ｋＶ、Ｈ＝１ｍｍとした。
【００９１】
電子ビーム径は図の左右方向で約１４μｍとなった。
【００９２】
また、変調電極の電位をカソード電極の電位と比べて３５Ｖ低くすることによって、つまりＶｃ＝３５Ｖとすることによって、電子が全く放出されない状態となった。
【００９３】
本実施例では、電子放出膜をカソード電極で挟んだが、カソード電極が複数の層からなっていても構わない。また、分離したカソード電極同士、及びカソード電極と電子放出膜とが電気的に接続されていれば、カソード電極と電子放出膜との間に絶縁層等が挟まれていても構わない。
【００９４】
［実施例３］
図１１に本実施例により作製した電子放出素子の概略断面図を示す。本実施例では、変調電極がカソード電極よりもアノード電極側に配置された構造の例を示す。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。
【００９５】
（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、基板１１上に、変調電極１７として厚さ８００ｎｍのＴａを堆積した。
【００９６】
（工程２）
次に、図１２（ｂ）に示すように、マスクパターン１８ａを形成した。
【００９７】
マスクパターン１８ａは、次工程で変調電極１７の外形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。
【００９８】
（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、変調電極１７を４５０ｎｍ程度ドライエッチングし、変調電極の外形を形成した。本実施例では、変調電極１７の開口幅を１５μｍとした。
【００９９】
（工程４）
次に、図１２（ｄ）に示すように、マスクパターン１８ａを完全に除去し、続いて、マスクパターン１８ｂを形成した。
【０１００】
マスクパターン１８ｂは、次工程でカソード電極部を形成するためにカソード電極部を形成する部分を除いて形成される。
【０１０１】
マスクパターン１８ｂによって形成される開口幅は９μｍとした。
【０１０２】
（工程５）
続いて、図１２（ｅ）に示すように、絶縁層１３として厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２、カソード電極１２ａとして厚さ１００ｎｍのＷ、電子放出膜１５として５０ｎｍのダイヤモンドライクカーボン、カソード電極１２ｂとして５０ｎｍのＷを堆積した。
【０１０３】
（工程６）
次に、図１２（ｆ）に示すように、マスクパターン１８ｃを形成した。
【０１０４】
マスクパターン１８ｃは、次工程でカソード電極１２ｂに凹型の掘り込み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。
【０１０５】
（工程７）
そして、図１２（ｇ）に示すように、マスクパターン１８ｃをマスクとして、カソード電極１２ｂを電子放出膜１５の表面が露出するまでドライエッチングし、カソード電極に凹型の掘り込みを形成した。本実施例では、カソード電極１２ｂの掘り込みの幅を５μｍとした。また、本実施例では、ドライエッチングを電子放出膜１５の表面で止めているが、電子放出膜１５を貫通しない限り、電子放出膜を掘り込んで形成しても構わない。
【０１０６】
（工程８）
最後に、図１２（ｈ）に示すように、マスクパターン１８ｂ及び１８ｃを完全に除去し、本実施例の電子放出素子を完成させた。
【０１０７】
以上のようにして作製した電子放出素子を実施例１と同様に、図４に示すように配置して電子を放出させた。ここで、カソード電極１２ａ、電子放出膜１５及びカソード電極１２ｂは電気的に接続されており、同電位となっている。
【０１０８】
本実施例では、Ｖｃ＝０Ｖ、Ｖａ＝５ｋＶ、Ｈ＝１ｍｍとした。
【０１０９】
電子ビーム径は図の左右方向で約１８μｍとなった。
【０１１０】
また、変調電極の電位をカソード電極の電位と比べて３５Ｖ低くすることによって、つまりＶｃ＝３５Ｖとすることによって、電子が全く放出されない状態となった。
【０１１１】
［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。
【０１１２】
電子放出素子を１００×１００のＭＴＸ状に配置した。配線は、図６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。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。
【０１１３】
【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、カソード電極が凹型に掘り込まれた構造をし、且つその掘り込み内部に電子放出膜を設けた構造をしているため、電子放出膜の近傍での等電位面の形状が凹型となる。その結果、電子放出膜から放出された電子は、電子放出素子をアノード電極側から平面的に見た場合、掘り込み開口の中心へ向かって進むため、アノード電極に到達した時の放出電子のビーム径を小さく設計することが出来る。
【０１１４】
また、スピント型構造の様にチップの先端に電界を集中させ電子を放出させるのではなく、電子放出膜の面から電子を放出させるため、局所的に電流が流れ、様々な要因によって電子放出膜の寿命を制限する恐れが少ない。また、電子放出膜と電気的に接続しているカソード電極上に絶縁層を介してゲート電極が無いため、電子放出膜から放出された電子が絶縁層に衝突し、チャージアップする可能性が無く、さらに、電子放出膜から放出された電子がゲート電極に衝突して効率を低減する可能性が無い。
【０１１５】
また、本発明の電子放出素子は、単純な積層構造で構成されているため作製が容易である。
【０１１６】
また、本発明の電子放出素子を電子源や画像形成装置に適用することによって、性能の優れた電子源及び画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子放出装置の構成の一例における、一部断面模式図である。
【図２】本発明の電子放出装置の構成の一例における、一部平面模式図である。
【図３】本発明の電子放出装置の構成の一例における、一部断面模式図である。
【図４】本発明の電子放出装置を動作させる時の構成例を示す断面模式図である。
【図５】本発明の電子放出装置の製造方法の一例を示す図である。
【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。
【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。
【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。
【図９】実施例２に係る電子放出素子を示す概略断面図である。
【図１０】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。
【図１１】実施例３に係る電子放出素子を示す概略断面図である。
【図１２】実施例３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。
【図１３】従来の電子放出素子の一例を示した概略断面図である。
【図１４】従来の電子放出素子の一例を示した概略断面図である。
【図１５】従来の電子放出素子の一例を示した概略断面図である。
【図１６】従来の電子放出素子の一例を示した概略断面図である。
【符号の説明】
１１基板
１２カソード電極
１２ａカソード電極
１２ｂカソード電極
１３絶縁層
１５電子放出膜
１６アノード電極
１７変調電極
１８ａマスクパターン
１８ｂマスクパターン
１８ｃマスクパターン
１２１電子源基板
１２２Ｘ方向配線
１２３Ｙ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
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エミッタ
３０６アノード電極
３０７変調電極
Ｄ電子放出膜とアノード電極との間の間隔
Ｈカソード電極とアノード電極との間の間隔
Ｖａアノード電極とカソード電極との間に印加する電圧
Ｖｃ変調電極とカソード電極との間に印加する電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron-emitting device, an electron source, and an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
The electron-emitting devices are roughly classified into two types: a thermionic emission device and a cold cathode electron-emitting device. Cold cathode electron-emitting devices include a field emission type (hereinafter referred to as “FE type”) and a metal / insulating layer / metal type (hereinafter referred to as “MIM type”).
[0003]
FIG. 13 shows a schematic sectional structure of an example of the FE type. In the figure, 301 is a substrate, 302 is a cathode electrode, 303 is an insulating layer, 304 is a gate electrode, and 305 is an emitter. This structure is a so-called “spindt-type” structure in which an opening is formed in a laminated body of an insulating layer and a gate electrode disposed on a cathode electrode, and a conical emitter is disposed in the opening. Note that the electron-emitting device composed of the cathode electrode, the gate electrode, and the anode electrode is called a three-terminal type electron-emitting device.
[0004]
In the Spindt-type electron-emitting device, a microchip (conical emitter) is formed as an emission point, and electrons are emitted from the tip (conical vertex). In the Spindt type, electrons emitted from the tip of the microchip tend to jump out radially. For this reason, the spot shape of the electron beam reaching the anode tends to increase. In addition, since it is difficult to manufacture the devices uniformly, it is difficult for the electron emission characteristics between the devices to be uniform. Further, in this example, electrons are emitted from one emission point. Therefore, increasing the emission current density to cause the phosphor to emit light strongly induces thermal destruction of the electron emission portion and limits the lifetime of the device. There is a possibility. In addition, ions existing in a vacuum may intensively sputter the tip of the microchip and shorten the device life. Since the cathode electrode and the gate electrode are stacked via the insulating layer, the power consumption increases due to the element capacity of the electron-emitting element during driving as the number of display pixels increases. End up.
[0005]
As an example of reducing the spread of the Spindt-type electron beam, there is an example in which a focusing electrode is disposed above the electron emission portion and between the electron emission portion and the anode. In this example, the emitted electron beam is focused by the negative potential of the focusing electrode. However, it is very difficult to accurately maintain the distance between the electron emitting portion and the focusing electrode. Alignment is difficult. As a result, the manufacturing process becomes more complicated and the manufacturing cost increases.
[0006]
Further, as another example of reducing the spread of the electron beam, a structure in which a conical emitter is not disposed in the opening but a film-like emitter is disposed is disclosed (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, etc.). reference). A schematic cross-sectional structure of such an electron-emitting device is shown in FIG. In the figure, 301 is a substrate, 302 is a cathode electrode, 303 is an insulating layer, 304 is a gate electrode, and 305 is an electron emission film. This is because the opening formed in the insulating layer and the gate electrode disposed on the cathode electrode is dug up to the cathode, and the surface of the electron emission film formed on the cathode electrode is more than the interface between the cathode electrode and the insulating layer. It is intended to reduce the spread of the electron beam by being on the substrate side.
[0007]
Further, a structure in which electrons are emitted from an emitter by an electric field formed by a voltage applied to the anode electrode in a two-terminal structure of a cathode electrode and an anode electrode is disclosed (for example, see Patent Document 3). A schematic cross-sectional structure of an example of such an electron-emitting device is shown in FIG. In the figure, 301 is a substrate, 302 is a cathode electrode, 305 is an electron emission film, and 306 is an anode electrode.
[0008]
Further, similarly to the two-terminal structure shown in FIG. 15, the electron-emitting device has a structure that emits electrons by an electric field between the anode electrode and the cathode electrode, but further has a three-terminal structure provided with a modulation electrode. (For example, refer to Patent Document 4). FIG. 16 shows a schematic cross-sectional view of this electron emission device having a three-terminal structure. In FIG. 16, 301 is a substrate, 302 is a cathode electrode, 303 is an insulating layer, 305 is an electron emission film, 306 is an anode electrode, and 307 is a modulation electrode. This example is an electron-emitting device that emits electrons from the edge of the electron-emitting film by an electric field formed by the voltage applied to the anode electrode. The voltage applied to the anode electrode is kept constant, and the modulation electrode is more than the cathode electrode. This is an electron-emitting device that controls to stop electron emission by applying a low voltage.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-8-96704
[Patent Document 2]
JP-A-8-115654
[Patent Document 3]
US Pat. No. 5,551,903
[Patent Document 4]
JP 2002-170483 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, higher definition resolutions are required in image forming apparatuses such as displays. In order to increase the definition of the display, it is necessary that the diameter of the electron beam applied to the phosphor from the electron emission film is small. In order to apply the electron-emitting device to an image forming apparatus such as a display, it is desired that the electron-emitting device can be driven with low power consumption.
[0011]
However, in the structure shown in FIG. 14, electrons are emitted in the direction of the side wall of the opening due to slight unevenness on the surface of the electron emission film 305 and the energy of the emitted electrons, and collide with the insulating layer 303, and the surface The possibility of charging up and the possibility of collision with the gate electrode 304 cannot be completely reduced to zero.
[0012]
Further, in the structure shown in FIGS. 15 and 16, electrons are emitted from the electron emission film 305 by the electric field formed by the voltage applied to the anode electrode 306, so that the maximum electric field is applied to the end of the electron emission film 305, As a result, the beam diameter of emitted electrons tends to increase. Also, as the electron emission film 305 becomes larger, the electric field strength applied to the end and center of the electron emission film becomes different, so the distribution of electrons reaching the anode electrode 306 is not uniform. For example, if the convex portion on which the electron emission film 305 is formed is circular, the distribution shape of electrons reaching the anode electrode is substantially donut-shaped. As a result, when the required amount of electron current is obtained for each pixel, partial burn-in of the phosphor on the anode electrode is likely to occur according to the distribution shape of electrons reaching the anode electrode. Further, since electrons are drawn out by the voltage applied to the anode electrode 306, it is necessary to apply a large anode voltage in order to cause a phosphor (not shown) located on the back surface of the anode electrode to emit light with sufficient luminance. . However, in this configuration, since the anode electrode also serves as a modulation voltage, it is difficult to apply a high voltage to the anode electrode. In order to improve these, when the distance H between the anode electrode and the electron emission film is shortened, the beam diameter of the emitted electrons is reduced, and the anode voltage necessary for emitting the electrons is reduced, but conversely, the emission is performed. The energy of the emitted electrons becomes small, and it becomes difficult to cause the phosphor to emit light with sufficient luminance.
[0013]
The present invention has been made to address and improve the problems of the conventional example described above, and its purpose is mainly to reduce the diameter of the electron beam irradiated to the phosphor from the electron emission film. There is to do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first invention is an electron emission apparatus, comprising: a cathode electrode; an anode electrode disposed opposite to the cathode electrode; and the cathode electrode opposed to the anode electrode. An electron-emitting film disposed on the surface, and the surface of the cathode electrode facing the anode electrode has a first region and a second region surrounding the first region. A distance between the first region and the anode electrode is greater than a distance between the second region and the anode electrode, and the electron emission film includes the first region The distance between the surface of the electron emission film and the anode electrode is greater than the distance between the second area and the anode electrode, and the potential difference between the anode electrode and the electron emission film Electricity generated by Accordingly, electrons from the electron emission film is characterized in that it is released.
[0015]
In the electron emission device of the present invention, further, “having a modulation electrode for stopping or modulating electrons emitted from the electron emission film”, “the distance between the surface of the cathode electrode and the anode electrode is , Shorter than the distance between the modulation electrode and the anode electrode, "" the distance between the surface of the cathode electrode and the anode electrode is longer than the distance between the modulation electrode and the anode electrode, " The electron emission film is mainly composed of carbon, “the electron emission film contains a diamond structure or a graphite structure”, “the electron emission film contains a conductive fiber-like substance”, “The conductive fibrous substance is mainly composed of carbon”, “The conductive fibrous substance is carbon nanotube, graphite nanofiber , At least include one "selected from among amorphous carbon fibers also, and its features.
[0016]
Furthermore, the present invention is characterized in that in the electron emission device of the present invention described above, a plurality of the cathode electrodes and electron emission films are arranged on a substrate.
[0017]
Furthermore, the present invention is characterized by a display device formed by arranging a plurality of the electron-emitting devices described above. In the above display device, when a single common anode electrode is used as the anode electrode of all the electron emission devices, or when an independent anode electrode is used for each electron emission device, a plurality of electrons are used. In some cases, the emission devices are divided into several groups, and each group uses one common anode electrode.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Absent.
[0019]
The electron-emitting device of the present invention is characterized by an electron-emitting device that extracts electrons from the electron-emitting film by an electric field formed by the difference between the potential of the cathode electrode and the potential of the anode electrode (potential higher than the potential of the cathode electrode). . In the electron emission device of the present invention, the cathode electrode has a concave portion on the surface (a surface facing the anode electrode), and the electron emission film is disposed in the concave portion, and the modulation electrode is lower than the cathode electrode. This is an electron emission device that performs modulation control of electrons emitted from the electron emission film by applying a voltage and control for stopping electron emission.
[0020]
In the configuration of the electron emission device of the present invention described above, the surface of the cathode electrode facing the anode electrode is dug, and an electron emission film is formed in the dug (recess). Therefore, the equipotential surface formed in the digging becomes concave (convex toward the electron emission film). As a result, electrons emitted from the electron emission film do not spread, and the electron beam diameter when reaching the anode electrode, which is the anode, can be reduced.
[0021]
Further, since the insulating layer is not deposited on the cathode electrode, there is no possibility that emitted electrons collide with the insulating layer and charge up the insulating layer.
[0022]
Furthermore, by arranging the modulation electrode on the substrate side (the side away from the anode electrode) from the cathode electrode, it is possible to prevent the emitted electrons from flowing into the modulation electrode and reducing the electron emission efficiency (invalid current increases). I can do it.
[0023]
FIG. 2 is a schematic plan view of a portion composed of the cathode electrode 12, the modulation electrode 14, and the electron emission film 15 in an example of the electron emission device of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line AA 'in FIG. The schematic sectional drawing of is shown.
[0024]
1 and 2, 11 is a substrate, 12 is a cathode electrode, 13 is an insulating layer, 15 is an electron emission film, and 17 is a modulation electrode.
[0025]
The depth and width of the recesses on the surface of the cathode electrode 12 are appropriately set according to the work function of the cathode electrode material and the material of the electron emission film 15, the voltage at the time of driving, the shape of the required emitted electron beam, and the like.
[0026]
In the case of a configuration in which a plurality of electron emission films are arranged to irradiate the same phosphor region (for example, a phosphor of one pixel (the same emission color region)), a plurality of recesses are arranged in the cathode electrode. Will be. However, the depth and width of the concave portions of the plurality of cathode electrodes may be different in size or the same.
[0027]
1 and 2, only the electron emission part side is shown, but when driving the electron emission device of the present invention, as shown in FIG. 4, the anode attracts electrons emitted from the electron emission part. The electrode 16 is provided to face the surface of the cathode electrode 12 on which the electron emission film 15 is disposed.
[0028]
Here, an example in which the cathode electrode 12 and the modulation electrode 17 are laminated via an insulating layer is shown. However, as shown in FIG. 3, the cathode electrode 12 and the modulation electrode 17 are formed on the same substrate 11 surface. May be arranged side by side. In the case of such arrangement, the surface of the cathode electrode 12 facing the anode electrode 16 is arranged closer to the anode electrode side than the surface of the modulation electrode 17 facing the anode electrode 16. Thus, electrons can be emitted in a lower electric field. Conversely, the surface of the cathode electrode 12 facing the anode electrode 16 is arranged so that it is farther from the anode electrode side than the surface of the modulation electrode 17 facing the anode electrode 16. The beam can be focused more.
[0029]
In the present invention, the surface of the cathode electrode 12 facing the anode electrode 16 is composed of a first region and a second region surrounding the outer periphery of the first region. That is, the distance between the first region (cathode electrode surface in the recess) and the anode electrode is set larger than the distance between the second region (cathode electrode surface outside the recess) and the anode electrode. . The electron emission film 15 is disposed in the first region, and the distance between the surface of the electron emission film 15 and the anode electrode 16 is such that the second region (the cathode electrode surface outside the recess) and the anode electrode 16 are separated. Greater than distance.
[0030]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a part of the electron emission device of the present invention shown in FIG. 1 (part consisting of a cathode electrode, a modulation electrode, and an electron emission film).
[0031]
First, as shown in FIG. 5A, the modulation electrode 17, the insulating layer 13, and the cathode electrode 12 are stacked on the substrate 11.
[0032]
The surface is thoroughly cleaned in advance, silica glass, glass with reduced impurity content such as Na, blue plate glass, silicon substrate, etc. by sputtering or the like. ₂ 1 is used as the substrate 11, and the modulation electrode 17, the insulating layer 13, and the cathode electrode 12 are stacked on the substrate 11.
[0033]
The modulation electrode 17 and the cathode electrode 12 are formed by a general vacuum film forming technique such as vapor deposition or sputtering. The material of the modulation electrode 17 and the cathode electrode 12 is, for example, a metal such as Be, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt, or Pd. Alloy materials, carbides such as TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, borides such as HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4, GdB4, nitrides such as TiN, ZrN, HfN, semiconductors such as Si, Ge Etc. are appropriately selected.
[0034]
The thicknesses of the modulation electrode 17 and the cathode electrode 12 are set in the range of several tens of nanometers to several millimeters including the electrode line portion, and are preferably selected in the range of several tens of nanometers to several micrometers.
[0035]
The modulation electrode 17 and the cathode electrode 12 may be made of the same material or different materials, and may be formed by the same method or different methods.
[0036]
The insulating layer 13 can be formed by a general vacuum film forming method such as sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), or vapor deposition. Further, the thickness is set in the range of several tens of nm to several μm, and preferably selected from the range of several hundred nm to several μm. Desirable material is SiO ₂ , SiN, Al ₂ O ₃ , Ta ₂ O ₅ A material having a high breakdown voltage that can withstand a high electric field such as CaF is desirable.
[0037]
Next, as shown in FIG. 5B, a mask pattern 18a is formed on the cathode electrode 12 by photolithography. The mask pattern 18a is formed except for a portion to be etched to form a dig (recess) in the cathode electrode.
[0038]
Then, as shown in FIG. 5C, the cathode electrode is dug, and a concave dug (recess) is formed in the cathode electrode. This etching method may be selected according to the material of the cathode electrode 12 to be etched.
[0039]
Subsequently, as shown in FIG. 5D, an electron emission film 15 is deposited.
[0040]
The electron emission film 15 is formed by a general vacuum film formation technique such as CVD, vapor deposition, or sputtering. The material of the electron emission film 15 is appropriately selected from, for example, carbon fibers such as graphite, fullerene, and carbon nanotubes, fiber-like conductive materials, amorphous carbon, diamond-like carbon, carbon in which diamond is dispersed, and a carbon compound. A carbon compound having a low work function is preferable. The film thickness of the electron emission film 15 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. At this time, the thickness of the electron emission film is set to be thinner than the depth of the concave digging on the cathode electrode.
[0041]
Next, as shown in FIG. 5E, the mask pattern 18a is removed, and then a mask pattern 18b is formed by photolithography. The mask pattern 18b is formed except for a portion that is etched to form a cathode electrode.
[0042]
Then, as shown in FIG. 5F, the cathode electrode is formed through the cathode electrode and the insulating layer. At this time, the modulation electrode may be dug if it does not penetrate. This etching method may be selected according to the material of the cathode electrode and the insulating layer to be etched.
[0043]
Finally, as shown in FIG. 5G, the mask pattern 18b is removed, and the electron-emitting device is completed.
[0044]
An application example to which the electron-emitting device according to this embodiment is applied will be described below. For example, an electron source or an image forming apparatus can be configured by arranging a plurality of the electron-emitting devices according to the present embodiment on a substrate.
[0045]
An electron source obtained by arranging a plurality of electron-emitting devices of the present invention will be described with reference to FIG.
[0046]
121 is an electron source substrate, 122 is an X-direction wiring, 123 is a Y-direction wiring, 124 is an electron-emitting device of the present invention, and 125 is a connection.
[0047]
The X-direction wiring 122 is composed of m wirings of Dx1, Dx2,... Dxm, and can be formed of a conductive metal or the like formed by using 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 includes n wirings Dy1, Dy2,... Dyn, and is formed in the same manner as the X-direction wiring 122.
[0048]
An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-direction wirings 122 and the n Y-direction wirings 123 to electrically isolate the two. Here, m and n are both positive integers.
[0049]
The interlayer insulating layer (not shown) is formed of SiO formed by vacuum deposition, printing, sputtering, or the like. ₂ Etc. The interlayer insulating layer (not shown) is formed in a desired shape, for example, on the entire surface of the base 121 on which the X-direction wiring 122 is formed or a part thereof. The film thickness, material, and manufacturing method are appropriately set so as to withstand. The X-direction wiring 122 and the Y-direction wiring 123 are drawn out as external terminals, respectively.
[0050]
A pair of electrode layers (not shown (the cathode electrode 12 and the gate electrode 14)) constituting the electron-emitting device 124 are composed of m X-direction wirings 122, n Y-direction wirings 123, a conductive metal, and the like. They are electrically connected by connection 125.
[0051]
The materials constituting the X-direction wiring 122, the Y-direction wiring 123, the connection 125, and the pair of element electrodes may be partially or entirely the same or different from each other.
[0052]
These materials are appropriately selected from, for example, materials for the cathode electrode 12 and the gate electrode 14 that are the device electrodes of the electron-emitting device 124 described above. When the material constituting the element electrode is the same as the wiring material, the wiring connected to the element electrode can also be referred to as an element electrode. In addition, the element electrode can be used as a wiring electrode.
[0053]
The X direction wiring 122 is connected to a scanning signal applying unit (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 124 arranged in the X direction. On the other hand, the Y direction wiring 123 is connected to 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.
[0054]
In the above configuration, the individual electron-emitting devices 124 can be selected and driven independently using a simple matrix wiring.
[0055]
An image forming apparatus configured using such a simple matrix electron source will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus.
[0056]
Reference numeral 121 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged. 131 denotes a rear plate on which the electron source substrate 121 is fixed. Is a face plate formed.
[0057]
Reference numeral 132 denotes a support frame. A rear plate 131 and a face plate 136 are connected to the support frame 132 using frit glass or the like.
[0058]
Reference numeral 137 denotes an envelope, which is configured to be sealed by firing for 10 minutes or more in a temperature range of 400 to 500 degrees in the air or in nitrogen.
[0059]
The rear plate 131 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the base 121. Therefore, if the base 121 itself has sufficient strength, the separate rear plate 131 can be omitted. That is, the support frame 132 may be directly sealed on the base 121, and the envelope 137 may be configured by the face plate 136, the support frame 132, and the base 121.
[0060]
On the other hand, an envelope 137 having sufficient strength against atmospheric pressure can be configured by installing a support (not shown) called a spacer between the face plate 136 and the rear plate 131.
[0061]
In the image forming apparatus using the electron-emitting device of the present invention, the phosphor (phosphor film 134) is aligned and arranged on the electron-emitting device 124 in consideration of the emitted electron trajectory.
[0062]
FIG. 8 is a schematic view showing the fluorescent film 134 used in the panel of the present case. In the case of a color fluorescent film, the fluorescent film 134 is composed of the black conductive material 141 and the fluorescent substance 142 called the black stripe shown in FIG. 8A or the black matrix shown in FIG. .
[0063]
The image forming apparatus as described above can be used as an image forming apparatus as an optical printer configured using a photosensitive drum or the like in addition to a display apparatus for a television broadcast, a video conference system, a computer, or the like. I can do it.
[0064]
(Example)
Hereinafter, examples of the present embodiment will be described in detail.
[0065]
[Example 1]
FIG. 1 shows an example of a schematic perspective view of an electron-emitting device manufactured according to the present invention.
Below, the manufacturing process of the electron-emitting device of a present Example is demonstrated in detail.
[0066]
(Process 1)
First, as shown in FIG. 5A, quartz is used for the substrate 11, and after sufficient cleaning, sputtering is performed on the substrate 11 to form a W having a thickness of 300 nm as the modulation electrode 17 and a thickness as the insulating layer 13. 200nm SiO ₂ Then, TiN having a thickness of 200 nm was deposited as the cathode electrode 12.
[0067]
(Process 2)
Next, as shown in FIG. 5B, a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant) spin coating and photomask pattern were exposed and developed by photolithography to form a mask pattern 18a.
[0068]
The mask pattern 18a is formed except for a portion that is dry-etched to form a concave dig in the cathode electrode in the next step.
[0069]
(Process 3)
Then, as shown in FIG. 5C, using the mask pattern 18a as a mask, CF ₄ Was used to dry-etch the cathode electrode 12 to dig into the cathode electrode, thereby forming a concave digging in the cathode electrode. In the present embodiment, the dug width of the cathode electrode 12 is 2 μm and the depth is 100 nm.
[0070]
(Process 4)
Subsequently, as shown in FIG. 5D, diamond-like carbon 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 N ₂ The mixed gas was used.
[0071]
(Process 5)
Next, as shown in FIG. 5E, the mask pattern 18a is completely removed, and a positive photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant) spin coating, photomask pattern is exposed and developed by photolithography, A mask pattern 18b was formed.
[0072]
The mask pattern 18b is formed except for a portion that is dry-etched in order to form a cathode electrode in the next process.
[0073]
(Step 6)
Then, as shown in FIG. 5F, using the mask pattern 18b as a mask, CF ₄ The cathode electrode 12 and the insulating layer 13 were penetrated by dry etching to form a cathode electrode. In this embodiment, the width of the cathode electrode 12 is about 6 μm.
[0074]
(Step 7)
Finally, as shown in FIG. 5G, the mask pattern 18b was completely removed, and the electron-emitting device of this example was completed.
[0075]
The electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. 4 to emit electrons. Here, 16 is an anode electrode, H is a distance between the cathode electrode and the anode electrode, Vc is a potential difference between the modulation electrode 17 and the cathode electrode 12, and Va is a potential difference between the cathode electrode 12 and the anode electrode 16. Electrons are emitted from the electron emission film 15 by the electric field formed by Va, and are attracted to the anode electrode 16.
[0076]
In this example, Vc = 0 V, Va = 5 kV, and H = 1 mm.
[0077]
Here, an electrode coated with a phosphor was used as the anode electrode 16 and the electron beam diameter was observed. The electron beam diameter mentioned here is a size up to a region of 10% of the peak luminance of the emitted phosphor. The electron beam diameter was about 20 μm in the horizontal direction of the figure. Therefore, in the electron-emitting device of this embodiment, the beam diameter can be made very small.
[0078]
Further, by making the potential of the modulation electrode 17 25 V lower than the potential of the cathode electrode 12, that is, by setting Vc = 25 V, no electrons were emitted.
[0079]
In this embodiment, the cathode electrode is made of one kind of material, but the cathode electrode may be made of a plurality of layers. Further, as long as the separated cathode electrodes and the cathode electrode and the electron emission film are electrically connected, an insulating layer or the like may be sandwiched between the cathode electrodes.
[0080]
[Example 2]
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of an electron-emitting device manufactured according to this example. In this embodiment, an example in which an electron emission film is disposed between cathode electrodes and the cathode electrode is dug into a concave shape is shown. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.
[0081]
(Process 1)
First, as shown in FIG. 10 (a), quartz is used for the substrate 11, and after sufficient cleaning, Ta having a thickness of 300 nm as the modulation electrode 17 and SiO having a thickness of 200 nm as the insulating layer 13 are formed on the substrate 11. ₂ Then, W having a thickness of 100 nm was deposited as the cathode electrode 12a, diamond-like carbon having a thickness of 50 nm was deposited as the electron emission film 15, and W having a thickness of 50 nm was deposited as the cathode electrode 12b.
[0082]
(Process 2)
Next, as shown in FIG. 10B, a mask pattern 18a was formed.
[0083]
The mask pattern 18a is formed except for a portion that is dry-etched to form a concave dig in the cathode electrode 12b in the next step.
[0084]
(Process 3)
Then, as shown in FIG. 10C, using the mask pattern 18a as a mask, the cathode electrode 12b was dry etched until the surface of the electron emission film 15 was exposed, thereby forming a concave digging in the cathode electrode. In this example, the width of the digging of the cathode electrode 12b was 5 μm. In this embodiment, dry etching is stopped at the surface of the electron emission film 15, but the electron emission film may be dug as long as it does not penetrate the electron emission film 15.
[0085]
(Process 4)
Next, as shown in FIG. 10D, the mask pattern 18a was completely removed, and then a mask pattern 18b was formed.
[0086]
The mask pattern 18b is formed except for a portion that is dry-etched in order to form a cathode electrode portion in the next process.
[0087]
(Process 5)
Next, as shown in FIG. 10E, using the mask pattern 18b as a mask, the cathode electrode 12b, the electron emission film 15, the cathode electrode 12a, and the insulating layer 13 were penetrated by dry etching to form a cathode electrode portion. . In this example, the width of the cathode electrode was about 9 μm.
[0088]
(Step 6)
Finally, as shown in FIG. 10F, the mask pattern 18b was completely removed to complete the electron-emitting device of this example.
[0089]
Similarly to Example 1, the electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. Here, the cathode electrode 12a, the electron emission film 15 and the cathode electrode 12b are electrically connected and have the same potential.
[0090]
In this example, Vc = 0 V, Va = 5 kV, and H = 1 mm.
[0091]
The electron beam diameter was about 14 μm in the horizontal direction of the figure.
[0092]
Further, by making the potential of the modulation electrode 35V lower than the potential of the cathode electrode, that is, by setting Vc = 35V, no electrons were emitted.
[0093]
In this embodiment, the electron emission film is sandwiched between the cathode electrodes, but the cathode electrode may be composed of a plurality of layers. As long as the separated cathode electrodes and the cathode electrode and the electron emission film are electrically connected, an insulating layer or the like may be sandwiched between the cathode electrode and the electron emission film.
[0094]
[Example 3]
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an electron-emitting device manufactured according to this example. In this embodiment, an example of a structure in which the modulation electrode is arranged on the anode electrode side with respect to the cathode electrode is shown. Here, only the characteristic part of the present embodiment will be described, and redundant description will be omitted.
[0095]
(Process 1)
First, as shown in FIG. 12A, quartz was used for the substrate 11 and sufficiently washed, and then Ta having a thickness of 800 nm was deposited on the substrate 11 as the modulation electrode 17.
[0096]
(Process 2)
Next, as shown in FIG. 12B, a mask pattern 18a was formed.
[0097]
The mask pattern 18a is formed except for a portion that is dry-etched to form the outer shape of the modulation electrode 17 in the next process.
[0098]
(Process 3)
Then, as shown in FIG. 12C, using the mask pattern 18a as a mask, the modulation electrode 17 was dry-etched by about 450 nm to form the outer shape of the modulation electrode. In this embodiment, the opening width of the modulation electrode 17 is 15 μm.
[0099]
(Process 4)
Next, as shown in FIG. 12D, the mask pattern 18a was completely removed, and then a mask pattern 18b was formed.
[0100]
The mask pattern 18b is formed except for a portion where the cathode electrode portion is formed in order to form the cathode electrode portion in the next process.
[0101]
The opening width formed by the mask pattern 18b was 9 μm.
[0102]
(Process 5)
Subsequently, as shown in FIG. 12E, the insulating layer 13 is SiO having a thickness of 200 nm. ₂ Then, W having a thickness of 100 nm was deposited as the cathode electrode 12a, diamond-like carbon having a thickness of 50 nm was deposited as the electron emission film 15, and W having a thickness of 50 nm was deposited as the cathode electrode 12b.
[0103]
(Step 6)
Next, as shown in FIG. 12F, a mask pattern 18c was formed.
[0104]
The mask pattern 18c is formed except for a portion that is dry-etched in order to form a concave dig in the cathode electrode 12b in the next step.
[0105]
(Step 7)
Then, as shown in FIG. 12G, using the mask pattern 18c as a mask, the cathode electrode 12b was dry etched until the surface of the electron emission film 15 was exposed, thereby forming a concave digging in the cathode electrode. In this example, the width of the digging of the cathode electrode 12b was 5 μm. In this embodiment, dry etching is stopped at the surface of the electron emission film 15, but the electron emission film may be dug as long as it does not penetrate the electron emission film 15.
[0106]
(Process 8)
Finally, as shown in FIG. 12H, the mask patterns 18b and 18c were completely removed, and the electron-emitting device of this example was completed.
[0107]
Similarly to Example 1, the electron-emitting device manufactured as described above was arranged as shown in FIG. Here, the cathode electrode 12a, the electron emission film 15 and the cathode electrode 12b are electrically connected and have the same potential.
[0108]
In this example, Vc = 0 V, Va = 5 kV, and H = 1 mm.
[0109]
The electron beam diameter was about 18 μm in the horizontal direction of the figure.
[0110]
Further, by making the potential of the modulation electrode 35V lower than the potential of the cathode electrode, that is, by setting Vc = 35V, no electrons were emitted.
[0111]
[Example 4]
An image forming apparatus was manufactured using the electron-emitting devices of Examples 1 to 3.
[0112]
The electron-emitting devices were arranged in a 100 × 100 MTX shape. As shown in FIG. 6, the wiring was connected to the cathode and focusing electrodes on the x side and to the gate electrode on the y side. The elements were arranged at a pitch of 150 μm in width and 300 μm in length. A phosphor was disposed on the top of the device at a distance of 1 mm. A voltage of 5 kV was applied to the phosphor. As a result, a high-definition image forming apparatus capable of matrix driving was formed.
[0113]
【The invention's effect】
As described above, the electron-emitting device of the present invention has a structure in which the cathode electrode is dug into a concave shape, and has a structure in which an electron-emitting film is provided inside the dug. The shape of the equipotential surface in the vicinity is concave. As a result, the electrons emitted from the electron emission film travel toward the center of the digging opening when the electron emission element is viewed in plan from the anode electrode side. The diameter can be designed small.
[0114]
Also, instead of concentrating the electric field at the tip of the chip and releasing electrons as in the Spindt-type structure, electrons are emitted from the surface of the electron emission film. There is little risk of limiting the lifespan. In addition, since there is no gate electrode through an insulating layer on the cathode electrode electrically connected to the electron emitting film, there is no possibility that electrons emitted from the electron emitting film collide with the insulating layer and charge up. Furthermore, there is no possibility that the electrons emitted from the electron emission film collide with the gate electrode to reduce the efficiency.
[0115]
In addition, the electron-emitting device of the present invention is easy to manufacture because it has a simple laminated structure.
[0116]
In addition, by applying the electron-emitting device of the present invention to an electron source or an image forming apparatus, an electron source and an image forming apparatus having excellent performance can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of an example of the configuration of an electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 2 is a partial plan view schematically showing an example of the configuration of the electron emission device of the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional schematic view of an example of the configuration of the electron emission device of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example when operating the electron-emitting device of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an electron source having a simple matrix arrangement according to the embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating an image forming apparatus using an electron source having a simple matrix arrangement according to the embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a fluorescent film used in the image forming apparatus according to the embodiment.
9 is a schematic sectional view showing an electron-emitting device according to Example 2. FIG.
10 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to Example 2. FIG.
11 is a schematic sectional view showing an electron-emitting device according to Example 3. FIG.
12 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to Example 3. FIG.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional electron-emitting device.
FIG. 14 is a schematic sectional view showing an example of a conventional electron-emitting device.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional electron-emitting device.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional electron-emitting device.
[Explanation of symbols]
11 Substrate
12 Cathode electrode
12a Cathode electrode
12b Cathode electrode
13 Insulating layer
15 Electron emission film
16 Anode electrode
17 Modulation electrode
18a Mask pattern
18b Mask pattern
18c mask pattern
121 Electron source substrate
122 X direction wiring
123 Y-direction wiring
124 electron-emitting device
125 connection
131 Rear plate
132 Support frame
133 Glass substrate
134 Fluorescent membrane
135 metal back
136 Face plate
141 Black conductive material
142 phosphor
301 substrate
302 Cathode electrode
303 Insulating layer
304 Gate electrode
305 emitter
306 Anode electrode
307 modulation electrode
D Distance between electron emission film and anode electrode
H Distance between cathode electrode and anode electrode
Va Voltage applied between anode and cathode
Vc Voltage applied between the modulation electrode and the cathode electrode

Claims

An electron emission device,
A cathode electrode;
An anode electrode disposed opposite to the cathode electrode;
An electron emission film disposed on a surface of the cathode electrode facing the anode electrode;
With
Of the surface of the cathode electrode, the surface facing the anode electrode has a first region and a second region surrounding the first region,
A distance between the first region and the anode electrode is greater than a distance between the second region and the anode electrode;
The electron emission film is disposed on the first region;
A distance between the surface of the electron emission film and the anode electrode is larger than a distance between the second region and the anode electrode;
An electron emission apparatus characterized in that electrons are emitted from the electron emission film by an electric field generated by a potential difference between the anode electrode and the electron emission film.

The electron emission device according to claim 1, further comprising a modulation electrode for stopping or modulating electrons emitted from the electron emission film.

The electron emission device according to claim 2, wherein a distance between the surface of the cathode electrode facing the anode electrode and the anode electrode is shorter than a distance between the modulation electrode and the anode electrode.

3. The electron emission device according to claim 2, wherein a distance between the surface of the cathode electrode facing the anode electrode and the anode electrode is longer than a distance between the modulation electrode and the anode electrode.

The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting film contains carbon as a main component.

6. The electron emission device according to claim 1, wherein the electron emission film includes a diamond structure or a graphite structure.

6. The electron emission device according to claim 1, wherein the electron emission film includes a conductive fiber-like substance.

The electron-emitting device according to claim 7, wherein the conductive fiber-like substance is mainly composed of carbon.

8. The electron emission device according to claim 7, wherein the conductive fiber-like substance includes at least one selected from a carbon nanotube, a graphite nanofiber, and an amorphous carbon fiber.

10. An electron emission device comprising a plurality of the cathode electrodes and electron emission films according to claim 1 arranged on the same substrate.

A display device using a plurality of electron-emitting devices, wherein the electron-emitting device is the electron-emitting device according to any one of claims 1 to 6.