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JP2001312960A - Electron emitting element, electron source, image forming apparatus, and electron emitting apparatus - Google Patents

Electron emitting element, electron source, image forming apparatus, and electron emitting apparatus

Info

Publication number
JP2001312960A
JP2001312960A JP2000131150A JP2000131150A JP2001312960A JP 2001312960 A JP2001312960 A JP 2001312960A JP 2000131150 A JP2000131150 A JP 2000131150A JP 2000131150 A JP2000131150 A JP 2000131150A JP 2001312960 A JP2001312960 A JP 2001312960A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron
electrode
emitting device
potential electrode
emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000131150A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Sasakuri
大助 笹栗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2000131150A priority Critical patent/JP2001312960A/en
Publication of JP2001312960A publication Critical patent/JP2001312960A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emission element, an electron source, an image- forming device and electron emission device, capable of simultaneously realizing both improvement in the electron emission efficiency and the control of the electron orbit. SOLUTION: An insulating layer 3 is piled on the element electrode 2 which is to become a low potential electrode and an element electrode 4 which is to become a high potential electrode is piled in continuing to the insulating layer 3. The element electrode 4 similarly to the element electrode 2 is selected from a conductive material of which the electron affinity is negative.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出する電
子放出素子、及びこの電子放出素子を備えた電子源、及
びこの電子源を備えた画像形成装置、及び電子放出装置
に関するものである。
The present invention relates to an electron-emitting device that emits electrons, an electron source having the electron-emitting device, an image forming apparatus having the electron source, and an electron-emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子放出素子としては、大別して
熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の2種類のものが
知られている。冷陰極電子放出素子には電界放出型(以
下、「FE型」という。)、金属/絶縁層/金属型(以
下、「MIM型」という。)や表面伝導型電子放出素子
等がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron-emitting devices, a thermionic electron-emitting device and a cold cathode electron-emitting device, are known. The cold cathode electron emitting 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 emitting device, and the like.

【0003】FE型の例としてはW.P.Dyke &
W.W.Dolan,’Field Emissio
n’,Advance in Electron Ph
ysics,8,89(1956)あるいはC.A.S
pindt,’PHYSICAL Propertie
s of thin−film field emis
sion cathodes with molybd
enium cones’,J.Appl.Phy
s.,47,5248(1976)等に開示されたもの
が知られている。
As an example of the FE type, W. P. Dyke &
W. W. Dolan, 'Field Emissio
n ', Advance in Electron Ph
ysics, 8, 89 (1956) or C.I. A. S
pindt, 'PHYSICAL Property
s of thin-film field emis
sion cathodes with mollybd
eneium cones', J. et al. Appl. Phys
s. , 47, 5248 (1976).

【0004】MIM型の例としてはC.A.Mea
d,’Operation of Tunnel−Em
ission Devices’,J.Apply.P
hys.,32,646(1961)等に開示されたも
のが知られている。
As an example of the MIM type, C.I. A. Mea
d, 'Operation of Tunnel-Em
issue Devices', J.M. Apply. P
hys. , 32, 646 (1961).

【0005】また、最近の例では、Toshiaki.
Kusunoki,’Fluctuation−fre
e electron emission from
non−formed metal−insulato
r−metal(MIM)cathodes Fabr
icated by low current Ano
dic oxidation’,Jpn.J.App
l.Phys.vol.32(1993)pp.L16
95,Mutsumi suzuki etal’An
MIM−Cathode Array for Ca
thode luminescent Display
s’,IDW’96,(1996)pp.529等が研
究されている。
In a recent example, Toshiaki.
Kusunoki, 'Fractation-fre
e electron emission from
non-formed metal-insulato
r-metal (MIM) cathodes Fabr
icated by low current Ano
dic oxidation ', Jpn. J. App
l. Phys. vol. 32 (1993) pp. L16
95, Mutsumi suzuki et al'An
MIM-Cathode Array for Ca
side luminescent display
s', IDW'96, (1996) pp. 529 etc. have been studied.

【0006】表面伝導型の例としては、エリンソンの報
告(M.I.Elinson Radio Eng.E
lectron Phys.,10(1965))に記
載のもの等があり、この表面伝導型電子放出素子は、基
板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を
流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するもの
である。
[0006] As an example of the surface conduction type, a report by Elinson (MI Elinson Radio Eng. E) is available.
electron Phys. , 10 (1965)), and the surface conduction type electron-emitting device emits electrons when a current flows through a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. It utilizes the phenomenon.

【0007】表面伝導型素子では、前記のエリソンの報
告に記載のSnO2薄膜を用いたもの、Au薄膜を用い
たもの(G.Dittmer.Thin Solid
Films,9,317,(1972))、In23
SnO2薄膜によるもの(M.Hartwell an
d C.G.Fonstad,IEEE Trans.
ED Conf.,519(1983))等が報告され
ている。
Among the surface conduction type devices, those using the SnO 2 thin film and those using the Au thin film described in the above-mentioned report of Ellison (G. Dittmer. Thin Solid)
Films, 9, 317, (1972)), In 2 O 3 /
According to SnO 2 thin film (M. Hartwell an)
d C.I. G. FIG. Fonstad, IEEE Trans.
ED Conf. , 519 (1983)).

【0008】これら表面伝導型のうち、図16,17に
示すような平面型、垂直型の電子放出素子について、本
出願人らによって提案されている。また、これらの電子
放出素子を多数配列した例としては、例えば、特開昭6
4−31332号公報、特開平1−283749号公
報、特開平1−257552号公報等に開示されてい
る。
[0008] Among these surface conduction types, flat and vertical electron-emitting devices as shown in FIGS. 16 and 17 have been proposed by the present applicants. Further, as an example of arranging a large number of these electron-emitting devices, see, for example,
It is disclosed in JP-A-4-31332, JP-A-1-283737, JP-A-1-257552 and the like.

【0009】[0009]

【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-described prior art, the following problems have occurred.

【0010】上述した電子放出素子を利用して画像形成
装置を実現するためには、電子放出素子から放出した電
子を、電子放出素子に対向して配置した蛍光体に衝突、
発光させるが、高精細な画像形成装置においては、電子
軌道の制御、電子放出効率(ここで記述する効率とは、
電子放出素子間に流れる電流の内、素子上空の陽極もし
くは蛍光体に到達する量を示す。)の向上、素子サイズ
の縮小等が要求される。
In order to realize an image forming apparatus using the above-described electron-emitting device, electrons emitted from the electron-emitting device collide with a phosphor disposed opposite to the electron-emitting device.
Although light is emitted, in a high-definition image forming apparatus, control of electron trajectory, electron emission efficiency (the efficiency described here is
Indicates the amount of the current flowing between the electron-emitting devices that reaches the anode or the phosphor above the device. ), Reduction in element size, etc. are required.

【0011】特に、電子軌道の制御と電子放出効率の向
上は一般的にトレードオフの関係にあり、これらの関係
を同時に実現することは困難であった。
In particular, the control of the electron orbit and the improvement of the electron emission efficiency generally have a trade-off relationship, and it has been difficult to realize these relationships simultaneously.

【0012】例えばFE型電子放出素子では、特開平7
−6714号公報では、電子放出電極、電子引き出し電
極の他に、電子を収束させるための電極を配置し、電子
軌道を収束する方法等が開示されているが、作製方法の
複雑さや、素子面積の増加、電子放出効率の低下等の課
題を残していた。
For example, in the case of the FE type electron-emitting device,
Japanese Patent No. 6714 discloses a method of arranging an electrode for converging electrons in addition to an electron emission electrode and an electron extraction electrode and converging an electron orbit, and the like. Problems, such as an increase in electron emission efficiency and a decrease in electron emission efficiency.

【0013】また、表面伝導型電子放出素子において
は、特開平3−20941号公報や特開平7−2352
56号公報等で、素子サイズの小型化について、また、
特開平9−82214号公報、特開平9−265894
号公報では、高効率化についての技術が開示されている
が、いずれの技術についても高精細な画像形成装置を実
現するためには不十分であった。
Further, in the surface conduction type electron-emitting device, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 3-20941 and Hei 7-2352
No. 56, etc., regarding the miniaturization of the element size,
JP-A-9-82214, JP-A-9-265894
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-133969 discloses techniques for improving efficiency, but none of these techniques is sufficient to realize a high-definition image forming apparatus.

【0014】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
放出効率の向上と電子軌道の制御を同時に実現し得る電
子放出素子および電子源および画像形成装置および電子
放出装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. It is an object of the present invention to provide an electron emitting device and an electron source capable of simultaneously improving electron emission efficiency and controlling electron trajectories. And an image forming apparatus and an electron emission device.

【0015】[0015]

【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、高電位電極と低電位電極が電子放
出方向に対して重なる位置関係にあり、かつ、高電位電
極の方が低電位電極よりも電子放出方向側に設けられる
と共に、これら高電位電極と低電位電極との間に電圧を
印加することで電子を放出する電子放出素子において、
前記高電位電極の少なくとも一部を負の電子親和力材料
で構成すると共に、電子放出部付近に、前記負の電子親
和力材料部分が露出する露出部を有することを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a high-potential electrode and a low-potential electrode are positioned so as to overlap with each other in the electron emission direction, and Is provided on the electron emission direction side than the low potential electrode, and an electron emission element that emits electrons by applying a voltage between the high potential electrode and the low potential electrode,
At least a part of the high-potential electrode is made of a negative electron affinity material, and has an exposed portion near the electron emission portion where the negative electron affinity material portion is exposed.

【0016】従って、電子放出部を含む領域内で、負の
電子親和力材料部分が露出する露出部を有するので、電
子放出効率が向上すると共に、高電位電極の方が電子放
出方向側となるように設けられることによって電子の散
乱を抑制できる。
Therefore, since the negative electron affinity material portion has an exposed portion in the region including the electron emitting portion, the electron emitting efficiency is improved, and the high potential electrode is located closer to the electron emitting direction. Is provided, the scattering of electrons can be suppressed.

【0017】前記高電位電極は、その表面に負の電子親
和力材料で構成された被膜を有するとよい。
The high-potential electrode preferably has a coating made of a negative electron affinity material on its surface.

【0018】前記高電位電極は層構造であり、その側壁
に負の電子親和力材料の露出部を有するとよい。
The high-potential electrode preferably has a layer structure, and has an exposed portion of a negative electron affinity material on a side wall thereof.

【0019】前記側壁にのみ負の電子親和力材料の露出
部を有するとよい。
It is preferable that only the side wall has an exposed portion of a negative electron affinity material.

【0020】前記低電位電極の表面上に、該表面領域よ
りも狭い領域内に前記高電位電極を積層するように設
け、該高電位電極の両端側に前記低電位電極表面を露出
させるとよい。
The high-potential electrode may be provided on the surface of the low-potential electrode so as to be stacked in a region narrower than the surface region, and the surface of the low-potential electrode may be exposed at both ends of the high-potential electrode. .

【0021】前記高電位電極は、電子放出部の近傍に非
導電体部を局部的に備えるとよい。
The high-potential electrode may locally include a non-conductive portion near the electron-emitting portion.

【0022】前記非導電体部は層構造で構成された高電
位電極に形成された開口部であるとよい。
Preferably, the non-conductive portion is an opening formed in a high potential electrode having a layer structure.

【0023】表面伝導型電子放出素子であるとよい。A surface conduction electron-emitting device is preferred.

【0024】また、本発明の電子源にあっては、上記の
電子放出素子を複数配列したことを特徴とする。
Further, the electron source of the present invention is characterized in that a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged.

【0025】前記電子放出素子がマトリクス配線されて
いるとよい。
It is preferable that the electron-emitting devices are arranged in a matrix.

【0026】また、本発明の画像形成装置にあっては、
上記の電子源と、該電子源から放出された電子によって
画像を形成する画像形成部材と、を備えることを特徴と
する。
In the image forming apparatus of the present invention,
It is characterized by including the above-mentioned electron source, and an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source.

【0027】前記画像形成部材は、電子の衝突によって
発光する蛍光体であるとよい。
Preferably, the image forming member is a phosphor which emits light by collision of electrons.

【0028】また、基板上に配置された第1の電極と、
該第1の電極上に絶縁層を介して配置された第2の電極と
を有する電子放出素子と、前記電子放出素子と対向する
ように、前記基板と間隔を置いて配置された第3の電極
と、前記第1の電極よりも高い電位を前記第2の電極に
印加し、前記第2の電極に印加される電位よりも高い電
位を前記第3の電極に印加する電圧印加手段とを有する
電子放出装置であって、前記第2の電極が負の電子親和
力材料を有することを特徴とする。
A first electrode disposed on the substrate;
An electron-emitting device having a second electrode disposed on the first electrode via an insulating layer; and a third electrode spaced from the substrate so as to face the electron-emitting device. An electrode, and voltage applying means for applying a potential higher than the first electrode to the second electrode and applying a potential higher than the potential applied to the second electrode to the third electrode. An electron-emitting device, wherein the second electrode has a negative electron affinity material.

【0029】前記負の電子親和力材料が、前記第2の電
極の表面に存在するとよい。
Preferably, the negative electron affinity material is present on a surface of the second electrode.

【0030】前記第2の電極は、その表面に負の電子親
和力材料で構成された被膜を有するとよい。
The second electrode preferably has a coating made of a negative electron affinity material on its surface.

【0031】電子放出装置は、上記の電子放出素子を複
数配列したことを特徴とする。
The electron-emitting device is characterized in that a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged.

【0032】前記電子放出素子がマトリクス配線されて
いるとよい。
Preferably, the electron-emitting devices are arranged in a matrix.

【0033】前記電子放出装置は、画像形成部材を有
し、該画像形成部材と前記電子放出素子との間に前記第
3の電極が配置されるとよい。
Preferably, the electron emission device has an image forming member, and the third electrode is arranged between the image forming member and the electron emission element.

【0034】前記画像形成部材は、電子の衝突によって
発光する蛍光体であるとよい。
The image forming member is preferably a phosphor that emits light by collision of electrons.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions of the components described in this embodiment,
The materials, shapes, relative arrangements, and the like are not intended to limit the scope of the present invention only to them unless otherwise specified.

【0036】図1〜図15を参照して、本発明の実施の
形態に係る電子放出素子並びに電子放出装置について説
明する。なお、説明簡単のため、上記従来技術の説明の
中で引用した図面中の符号を付した構成と同一の構成に
ついては同一の符号を付して説明する。
An electron-emitting device and an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. For the sake of simplicity, the same components as those in the drawings cited in the above description of the related art will be described with the same reference numerals.

【0037】まず、図1〜図3を参照して、発明の実施
の形態に係る電子放出素子並びに電子放出装置の全体構
成等について、詳細に説明する。図1は本発明の実施の
形態に係る電子放出素子の模式図であり、(a)は断面
的模式図であり、(b)は平面的模式図であり、図2は
本発明の実施の形態に係る電子放出素子の駆動状態、お
よび本発明の電子放出装置を示す模式図である。また、
図3は本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造方
法を示す概略工程図である。
First, the overall structure of the electron-emitting device and the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A and 1B are schematic views of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view, FIG. 1B is a schematic plan view, and FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a driving state of an electron-emitting device according to an embodiment and an electron-emitting device of the present invention. Also,
FIG. 3 is a schematic process diagram showing a method for manufacturing an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【0038】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の
製造方法の一例を説明すると、表面を洗浄した石英ガラ
ス、Na等の不純物を減少させたガラス、青板ガラス、
及びシリコン基板等に絶縁材料を積層した積層体、アル
ミナ等のセラミックの絶縁性の基板1に素子電極(第1
の電極)2を積層する。
An example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention will be described. Quartz glass whose surface is cleaned, glass in which impurities such as Na are reduced, blue plate glass,
And a device in which an element electrode (first layer) is formed on a laminated body obtained by laminating an insulating material on a silicon substrate or the like;
Are laminated.

【0039】素子電極2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。素子電極2の
厚さとしては、数十nmから数mmの範囲で設定され、
好ましくは数百nmから数μmの範囲で選択される。
The element electrode 2 generally has conductivity, and is formed by a general vacuum film forming technique such as a vapor deposition method or a sputtering method, or a photolithography technique. The thickness of the device electrode 2 is set in a range of several tens nm to several mm,
Preferably, it is selected in the range of several hundred nm to several μm.

【0040】次に、素子電極2に続いて絶縁層3を堆積
する。絶縁層3は、スパッタ法等の一般的な真空成膜
法、熱酸化法、陽極酸化法等で形成され、その厚さとし
ては、3nmから1μmの範囲で設定され、好ましくは
数10nmから数百nmの範囲から選択される。
Next, an insulating layer 3 is deposited following the device electrode 2. The insulating layer 3 is formed by a general vacuum film forming method such as a sputtering method, a thermal oxidation method, an anodic oxidation method, or the like, and its thickness is set in a range of 3 nm to 1 μm, preferably several tens nm to several μm. It is selected from the range of 100 nm.

【0041】更に、この絶縁層3に続き素子電極(第2
の電極)4を堆積する(図3(a)に示す状態)。本素
子電極4は、前記素子電極2と同様に導電性を有してお
り、かつ、電子親和力が負である材料から選択される。
電子親和力が負である材料としては、表面を水素で終端
したダイヤモント、ダイヤモンドライクカーボン、セシ
ウム−酸素を表面にコーティングしたガリウム砒素等が
挙げられる。
Further, following the insulating layer 3, the device electrode (the second
Is deposited (a state shown in FIG. 3A). The device electrode 4 has the same conductivity as the device electrode 2 and is selected from a material having a negative electron affinity.
Materials having a negative electron affinity include diamond-terminated carbon whose surface is terminated by hydrogen, diamond-like carbon, and gallium arsenide whose surface is coated with cesium-oxygen.

【0042】次に、フォトリソグラフィー技術により、
絶縁層3及び素子電極4の一部が基板1から取り除か
れ、素子電極2上に絶縁層3と素子電極4に段差構造が
形成される(図3(b)に示す状態)。ただし、本エッ
チング工程は、素子電極2上で停止しても良いし(図1
(a)に示す状態)、素子電極2の一部がエッチングさ
れて停止しても良い(図15(a)に示す状態)。
Next, by photolithography technology,
A part of the insulating layer 3 and the device electrode 4 is removed from the substrate 1, and a step structure is formed on the device electrode 2 between the insulating layer 3 and the device electrode 4 (the state shown in FIG. 3B). However, this etching step may be stopped on the device electrode 2 (see FIG. 1).
(State shown in FIG. 15A), and a part of the device electrode 2 may be etched and stopped (state shown in FIG. 15A).

【0043】上記のように形成した素子電極構造の場
合、素子電極(第1の電極)2が低電位電極、素子電極
(第2の電極)4が高電位電極となり、低電位電極とな
る素子電極2と高電位電極となる素子電極4の間に電圧
を印加し、間隙5から電子を放出する。
In the case of the device electrode structure formed as described above, the device electrode (first electrode) 2 is a low potential electrode, the device electrode (second electrode) 4 is a high potential electrode, and the device electrode is a low potential electrode. A voltage is applied between the electrode 2 and the device electrode 4 serving as a high-potential electrode, and electrons are emitted from the gap 5.

【0044】本発明の実施の形態に係る電子放出素子で
は、高電位電極と低電位電極の距離の制御で電子を放出
するようにしても良いし、低電位電極に電界が集中する
構造を形成して電子を放出しやすくしても良い。
In the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, electrons may be emitted by controlling the distance between the high potential electrode and the low potential electrode, or a structure in which the electric field is concentrated on the low potential electrode may be formed. To make it easier to emit electrons.

【0045】また、電子放出部となる間隙5を形成する
際に、所望の領域にのみ導電性薄膜(被膜)7を配置す
ることで、電界の集中もしくは発熱効果により高電位電
極と低電位電極に挟まれた領域に選択的に間隙5を形成
する場合もある。
When the gap 5 serving as an electron emitting portion is formed, the conductive thin film (coating) 7 is arranged only in a desired region, so that the high potential electrode and the low potential electrode are concentrated due to the concentration of electric field or the heat generation effect. In some cases, the gap 5 may be selectively formed in a region sandwiched between them.

【0046】この導電性薄膜7を用いた間隙5の形成
は、通電フォーミングと呼ばれる工程で、まず、図3
(c)に示すように導電性薄膜7を形成した後に、この
導電性薄膜7に通電して、局所的に破壊、変質もしくは
変形させ間隙を形成する手法である。
The formation of the gap 5 using the conductive thin film 7 is a step called energization forming.
After forming the conductive thin film 7 as shown in (c), a current is applied to the conductive thin film 7 to locally break, alter, or deform, thereby forming a gap.

【0047】導電性薄膜7は、真空蒸着法やスパッタ法
等により形成され、本発明の実施の形態では、負の電子
親和力材料から選択され、表面を水素で終端したダイヤ
モンド、ダイヤモンドライクカーボン、セシウム−酸素
を表面にコーティングしたガリウム砒素等が挙げられ
る。また、導電性薄膜7は、一般的な金属薄膜や半導体
薄膜上を、前述したような負の電子親和力材料で被覆し
ても良い。
The conductive thin film 7 is formed by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like. In the embodiment of the present invention, the conductive thin film 7 is selected from negative electron affinity materials and has a surface terminated with hydrogen, diamond-like carbon, cesium. Gallium arsenide having a surface coated with oxygen; In addition, the conductive thin film 7 may cover a general metal thin film or semiconductor thin film with the above-described negative electron affinity material.

【0048】さらに、本発明の実施の形態に係る電子放
出素子では、電子放出を容易にするために、有機材料の
存在下で、素子電極2及び素子電極4に電圧を印加する
ことによって、電子放出領域に炭素を生成し電子放出点
を形成する活性化と呼ばれる工程を行う場合がある。
Further, in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, in order to facilitate electron emission, a voltage is applied to the device electrode 2 and the device electrode 4 in the presence of an organic material, so that the electron is emitted. In some cases, a step called activation for generating carbon in the emission region and forming an electron emission point is performed.

【0049】この活性化行程で用いる真空処理装置につ
いて図4を用いて説明する。図4は活性化工程を説明す
る概略構成図である。
The vacuum processing apparatus used in the activation step will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the activation step.

【0050】図4において、45は真空容器であり、4
6は排気ポンプであり、47は本発明の実施の形態に係
る電子放出素子の高電位電極と低電位電極間の絶縁層側
壁において、炭素を生成する際に用いられる有機ガス供
給源である。
In FIG. 4, reference numeral 45 denotes a vacuum vessel;
Reference numeral 6 denotes an exhaust pump, and reference numeral 47 denotes an organic gas supply source used when generating carbon on the side wall of the insulating layer between the high potential electrode and the low potential electrode of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【0051】真空容器45内には本発明の実施の形態に
係る素子が配置されている。即ち、1は基板、2は低電
位電極となる素子電極(第1の電極)、3は絶縁層、4
は高電位電極となる素子電極(第2の電極)、5は間
隙、7は導電性薄膜、41は電子放出素子に素子電圧V
fを印加するための電源、40は素子電極2と素子電極
4との間を流れる素子電流Ifを測定するための電流
計、6は素子より放出される電流を補足するためのアノ
ード電極(第3の電極)である。
An element according to the embodiment of the present invention is arranged in the vacuum container 45. That is, 1 is a substrate, 2 is a device electrode (first electrode) which becomes a low potential electrode, 3 is an insulating layer,
Is a device electrode (second electrode) to be a high potential electrode, 5 is a gap, 7 is a conductive thin film, and 41 is a device voltage V applied to the electron-emitting device.
f, a power supply 40 for applying an electric current f, an ammeter 40 for measuring an element current If flowing between the element electrode 2 and the element electrode 4, and an anode electrode 6 for supplementing a current emitted from the element. 3 electrode).

【0052】また、43はアノード電極(第3の電極)
6に電圧を印加するための高電圧源、42は電子放出素
子より放出される放出電流を測定するための電流計であ
る。
Reference numeral 43 denotes an anode electrode (third electrode)
A high voltage source for applying a voltage to 6 and an ammeter 42 for measuring an emission current emitted from the electron-emitting device.

【0053】一例として、アノード電極6の電圧を0〜
10kVの範囲として、アノード電極6と電子放出素子
との距離Hを100μm〜8mmの範囲として測定を行
うことができる。真空容器45内には、不図示の真空計
等の真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられてい
て、所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようにな
っている。
As an example, when the voltage of the anode electrode 6 is 0 to
The measurement can be performed with the range of 10 kV and the distance H between the anode electrode 6 and the electron-emitting device in the range of 100 μm to 8 mm. The vacuum vessel 45 is provided with equipment required for measurement in a vacuum atmosphere, such as a vacuum gauge (not shown), so that measurement and evaluation can be performed in a desired vacuum atmosphere.

【0054】排気ポンプ46はターボポンプ、ロータリ
ーポンプからなる通常の高真空装置系と更に、イオンポ
ンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。
The exhaust pump 46 is composed of a normal high vacuum system including a turbo pump and a rotary pump, and an ultra high vacuum system including an ion pump.

【0055】以上の構成により、まず、真空容器45に
基板1を配置し、排気して、真空雰囲気にした後、有機
ガスの供給源47より有機ガスを真空容器45に導入
し、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、素子電極4
及び素子電極2間に電圧を印加する。
With the above structure, first, the substrate 1 is placed in the vacuum container 45, and the substrate 1 is evacuated to a vacuum atmosphere. Then, the organic gas is introduced into the vacuum container 45 from the organic gas supply source 47, and the organic material is removed. In an atmosphere containing gas, the device electrode 4
And a voltage is applied between the device electrodes 2.

【0056】電圧波形は、パルス波形で繰り返し印加さ
れる。これには、パルス波高値を定電圧としたパルスを
連続的に印加する方法や、パルス波高値を増加させなが
ら、電圧パルスを印加する方法がある。また、本炭素を
生成する工程は、必要に応じて数種類のガスを混合して
行なう場合がある。
The voltage waveform is repeatedly applied as a pulse waveform. This includes a method of continuously applying a pulse having a pulse peak value of a constant voltage, and a method of applying a voltage pulse while increasing the pulse peak value. Further, the step of producing the present carbon may be performed by mixing several kinds of gases as necessary.

【0057】以上の炭素生成行程により、雰囲気中に存
在する有機物資から炭素が素子電極2と素子電飾4との
間、もしくは、通電して形成した間隙に堆積し、低電圧
で電子放出が可能な形状を形成する場合がある。
By the above-described carbon generation process, carbon is deposited from the organic material present in the atmosphere between the element electrode 2 and the element decoration 4 or in the gap formed by energization, and electron emission occurs at a low voltage. Possible shapes may be formed.

【0058】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子について、その電子放出特性を、従来技術を参照し
つつ詳細に説明する。
Next, the electron emission characteristics of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the prior art.

【0059】最初に、比較のために、従来の表面伝導型
電子放出素子について述べる。図16は従来の平面型、
図17は従来の垂直型の素子構造である。なお、説明簡
単のため本実施の形態で説明した構成と同一の構成につ
いては同一の符号を付している。図17中、33は段差
を設けるために絶縁性の材料で堆積した堆積物である。
First, a conventional surface conduction electron-emitting device will be described for comparison. FIG. 16 shows a conventional flat type,
FIG. 17 shows a conventional vertical element structure. For the sake of simplicity, the same components as those described in the present embodiment are denoted by the same reference numerals. In FIG. 17, reference numeral 33 denotes a deposit deposited with an insulating material to provide a step.

【0060】SID’98 Digest,Okud
a,et alによると、この種の表面伝導型電子放出
素子においては、電子放出部には間隙があり、この間隙
に駆動電圧Vfを印加すると、低電位電極の先端から電
子がトンネル現象により放出され、その電子が高電位電
極の先端部で等方的に散乱することが記述されている。
SID '98 Digest, Okud
According to a and et al, in this type of surface conduction electron-emitting device, there is a gap in the electron-emitting portion, and when a driving voltage Vf is applied to this gap, electrons are emitted from the tip of the low potential electrode by a tunnel phenomenon. It is described that the electrons are isotropically scattered at the tip of the high potential electrode.

【0061】より、正確には、高電位電極の先端部で電
子が等方的に散乱すると実験と数値計算予測とが矛盾な
く一致することが記述されている。
More precisely, it is described that when electrons are isotropically scattered at the tip of the high potential electrode, the experiment and the numerical calculation prediction are consistent with each other.

【0062】この場合、低電位電極から放出された電子
の大多数は高電位電極上で数回の弾性散乱(多重散乱)
が繰り返され、低電位電極と高電位電極とで形成される
電界で束縛される特徴距離Xsを超えた電子がアノード
電極(蛍光体)に到達すると説明されている。
In this case, the majority of electrons emitted from the low potential electrode are elastically scattered (multiple scattering) several times on the high potential electrode.
It is described that electrons exceeding the characteristic distance Xs bound by the electric field formed by the low potential electrode and the high potential electrode reach the anode electrode (phosphor).

【0063】この特徴距離Xsは、 Xs=D/2√[1+(2H×Vf/(π×Va×
D))×2]≒(H×Vf)/(π×Va) で表される。ここで、Hは電子放出素子とアノード電極
間の距離、πは円周率、Dは電子放出部に形成された間
隙幅、Vfは駆動電圧、Vaはアノード電極の電圧であ
る。
The characteristic distance Xs is expressed as follows: Xs = D / 2√ [1+ (2H × Vf / (π × Va ×
D)) × 2] ≒ (H × Vf) / (π × Va). Here, H is the distance between the electron-emitting device and the anode electrode, π is the pi, D is the gap width formed in the electron-emitting portion, Vf is the drive voltage, and Va is the voltage of the anode electrode.

【0064】この式の2番目の近似式は、Vf/D≫V
a/Hの場合に成立するが、通常の表面伝導型電子放出
素子の場合では十分に成立する。
The second approximate expression of this expression is Vf / D≫V
This is satisfied in the case of a / H, but is sufficiently satisfied in the case of a normal surface conduction electron-emitting device.

【0065】電子放出効率は、間隙から放出された電子
が、上述した特徴距離Xsを越えるまでの間に、多重散
乱によって高電位電極に一部吸収されることによる電子
数の減少に支配されている。
The electron emission efficiency is governed by the decrease in the number of electrons due to the fact that the electrons emitted from the gap are partially absorbed by the high potential electrode by multiple scattering until the electrons exceed the above-mentioned characteristic distance Xs. I have.

【0066】数十eV程度の電子の衝突に伴い散乱され
る割合(散乱係数)βについては明らかでないが、一回
の散乱につき0.1〜0.5程度と見積もられている。
このような散乱機構で、βが1以下であることから、真
空中に取り出される電子の量(存在確率)は、散乱回数
の増加に従い、べき乗で減少していくことが分かる。
The ratio (scattering coefficient) β scattered by the collision of electrons of about several tens eV is not clear, but is estimated to be about 0.1 to 0.5 per one scattering.
Since β is 1 or less in such a scattering mechanism, it can be seen that the amount of electrons extracted in vacuum (existence probability) decreases with a power as the number of times of scattering increases.

【0067】従って、図18,19に示すような従来技
術に係る表面伝導型電子放出素子では、間隙5から放出
した電子が、特徴距離Xs内で放出部に対向する高電位
電極上を少なくとも一回、多くの電子は複数回散乱する
ため、高電位電極中に取り込まれ消滅する電子の数が増
大し電子放出効率が低下する。
Therefore, in the surface conduction electron-emitting device according to the prior art as shown in FIGS. 18 and 19, at least one electron emitted from the gap 5 is located on the high potential electrode facing the emission portion within the characteristic distance Xs. Each time, many electrons are scattered a plurality of times, so that the number of electrons that are taken into the high potential electrode and disappear is increased, and the electron emission efficiency is reduced.

【0068】上記の課題を改善する方法として、本出願
人らは図20に示すように、電子が散乱を繰り返す領
域、この場合は、高電位電極となる素子電極4、もくし
は高電位電極となる素子電極4の表面を負の電子親和力
材料で形成する手法を提案した(特開平9−26589
4号公報等に開示)。この方法により、電子の散乱過程
で高電位電極となる素子電極4中に取り込まれた電子に
より、高電位電極となる素子電極4のフェルミ凖位の電
子を伝導帯に励起し、その電子を再び真空中に放出する
ことができ、効率の向上がなされた。
As a method of solving the above problem, as shown in FIG. 20, the present applicants have studied a region where electrons are repeatedly scattered, in this case, a device electrode 4 which becomes a high potential electrode, or a high potential electrode. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-26589).
No. 4). According to this method, electrons captured in the element electrode 4 serving as the high-potential electrode in the process of scattering electrons excite the electrons of the Fermi level of the element electrode 4 serving as the high-potential electrode into the conduction band, and the electrons are returned to the conduction band. It could be released into a vacuum, improving efficiency.

【0069】一方ビーム径について記述すると、従来の
図16に示す素子ではSID’98Digest,Ok
uda,et alより Lh≒2Kh×H√(Vf/Va) Lw≒2Kw×H√(Vf/Va) で表記できることが記述されている。
On the other hand, regarding the beam diameter, in the conventional device shown in FIG. 16, SID'98 Digest, Ok
Uda, et al describe that Lh 記述 2Kh × H√ (Vf / Va) Lw ≒ 2Kw × H√ (Vf / Va).

【0070】ここで、Lhはビームの縦方向、Lwはビ
ームの横方向のサイズを示している。また、Kh,Kw
は素子構造によって若干異なる場合があるが約1で近似
できることが記述されている。
Here, Lh indicates the size of the beam in the vertical direction, and Lw indicates the size of the beam in the horizontal direction. Also, Kh, Kw
It is described that may be slightly different depending on the element structure, but can be approximated by about 1.

【0071】上述の図16の構造では、素子上空に配置
した陽極から見た場合、図21に示すように、素子の構
造上、電子の散乱領域が広く、その結果、電子軌道の制
御が困難となりビーム径の縮小に不利であった。
In the structure of FIG. 16 described above, when viewed from the anode disposed above the element, as shown in FIG. 21, the scattering region of electrons is wide due to the structure of the element. As a result, it is difficult to control the electron orbit. This is disadvantageous for reducing the beam diameter.

【0072】従って、特開平9−265894号公報に
開示されている素子構造では、電子が負の電子親和力材
料で形成された高電位電極の広い領域を散乱し、見かけ
上その広い散乱領域から電子が放出されているような現
象が観測され、電子軌道の制御、ビーム径の縮小には不
利であり、高精細な画像形成装置に利用することは困難
であった。
Accordingly, in the device structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-265894, electrons scatter over a wide area of a high potential electrode formed of a material having a negative electron affinity, and apparently electrons are scattered from the wide scattering area. Is observed, which is disadvantageous for controlling the electron trajectory and reducing the beam diameter, and it has been difficult to use the device in a high-definition image forming apparatus.

【0073】本発明の電子放出素子では、上述の問題を
検討し、電子放出効率の向上とビーム径の縮小を同時に
実現するものである。以下に、本発明の実施の形態に係
る電子放出素子の特徴について詳述する。
The electron-emitting device according to the present invention considers the above-mentioned problems, and simultaneously improves the electron-emitting efficiency and reduces the beam diameter. Hereinafter, features of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail.

【0074】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の
一例を上述したように図1に示しており、また、図1に
示す電子放出素子を実際に駆動した場合の電子軌道を図
5に示す。
One example of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 as described above, and FIG. 5 shows an electron trajectory when the electron-emitting device shown in FIG. 1 is actually driven. Show.

【0075】本発明の実施の形態に係る電子放出素子に
おいても、先述のSID’98 Digest,Oku
da,et alにより報告されている表面伝導型電子
放出素子と同様の機構で電子放出されていると推察する
と、低電位電極から放出された電子は、高電位電極先端
で等方的に散乱し、その後、高電位電極上を数回の散乱
の後、素子上部の陽極に到達する。
Also in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, the above-mentioned SID '98 Digest, Oku
Assuming that electrons are emitted by the same mechanism as the surface conduction electron-emitting device reported by Da, et al, the electrons emitted from the low potential electrode are scattered isotropically at the high potential electrode tip. Then, after scattering several times on the high potential electrode, the light reaches the anode above the element.

【0076】この散乱過程で、高電位電極となる素子電
極4が負の電子親和力材料で形成されているため、その
表面に負の電子親和力材料が露出されており(露出
部)、図6に示すように、一度高電位電極内に取り込ま
れた電子においても、その電子の注入により高電位電極
となる素子電極4の価電子帯の電子が伝導帯に励起され
真空中に再放出される。
In the scattering process, since the element electrode 4 serving as the high-potential electrode is formed of the negative electron affinity material, the negative electron affinity material is exposed on the surface thereof (exposed portion). As shown, even in the case of electrons once taken into the high-potential electrode, the injection of the electrons excites electrons in the valence band of the element electrode 4 serving as the high-potential electrode into the conduction band and re-emitted into vacuum.

【0077】更に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子では、図1等に示すように基板1上に、低電位電極
となる素子電極(第1の電極)2が絶縁層3を介して高
電位電極となる素子電極(第2の電極)4の略下方に配
置された構造(高電位電極と低電位電極が電子放出方
向、すなわちアノード電極(第3の電極)6の方向に対
して重なる位置関係にあり、かつ、高電位電極の方がア
ノード電極6側にある)とすることで、電子の散乱領域
を素子電極4の側壁に集中することができ、その結果、
素子上空に配置した陽極から電子放出部を観察すると、
図7に示すように、電子の散乱領域が素子電極2と素子
電極4の境界線上に限定でき、軌道の揃った電子ビーム
が得られ、ビーム径の縮小が可能となる(電子の散乱領
域10)。
Further, in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, a device electrode (first electrode) 2 serving as a low-potential electrode is disposed on a substrate 1 with an insulating layer 3 interposed therebetween, as shown in FIG. (A high potential electrode and a low potential electrode are arranged in the electron emission direction, that is, the direction of the anode electrode (third electrode) 6). And the high-potential electrode is closer to the anode electrode 6), so that the electron scattering region can be concentrated on the side wall of the device electrode 4. As a result,
When observing the electron emission part from the anode arranged above the element,
As shown in FIG. 7, the electron scattering region can be limited to the boundary between the element electrode 2 and the element electrode 4, an electron beam with a uniform orbit can be obtained, and the beam diameter can be reduced (the electron scattering region 10). ).

【0078】また、高電位電極の全てが負の電子親和力
材料で構成される必要はなく、一部をこの材料で構成
し、特に電子放出部付近で負の電子親和力材料が露出し
ておれば、所定の目的を達成できることは言うまでもな
い。また、高電位電極の側壁のみ、負の電子親和力材料
が露出する構造、すなわち、例えば図8に示すように、
高電位電極となる素子電極4上に電子親和力が負でない
材料48を配置することで、側壁側のみ負の電子親和力
材料が露出し、高電位電極頂上では、電子の再放出を抑
制でき、電子軌道の制御が容易になる。
Further, it is not necessary that all of the high-potential electrodes are made of a negative electron affinity material, and a part thereof is made of this material, especially if the negative electron affinity material is exposed near the electron emitting portion. Needless to say, the predetermined purpose can be achieved. Further, a structure in which the negative electron affinity material is exposed only on the side wall of the high potential electrode, that is, for example, as shown in FIG.
By arranging the material 48 having a non-negative electron affinity on the device electrode 4 serving as a high-potential electrode, the negative electron-affinity material is exposed only on the side wall side. At the top of the high-potential electrode, re-emission of electrons can be suppressed. Orbit control becomes easier.

【0079】更に、電子放出部の近傍に非導電体部を局
部的に備える構造、すなわち、例えば図9に示すよう
に、高電位電極の一部に高電位電極の存在しない開口領
域を配置することで、高電位電極の下方に配置された低
電位電極との関係による電界が高電位電極上空に形成さ
れ、電子の高電位電極頂上で散乱を抑制でき、電子軌道
の制御をより効果的に行なうことができる。
Further, a structure in which a non-conductive portion is locally provided in the vicinity of the electron-emitting portion, that is, as shown in FIG. 9, for example, an opening region where no high-potential electrode is present is arranged in a part of the high-potential electrode. As a result, an electric field due to the relationship with the low-potential electrode disposed below the high-potential electrode is formed above the high-potential electrode, and scattering of electrons at the top of the high-potential electrode can be suppressed. Can do it.

【0080】上述の効果は、低電位電極を高電位電極の
下方に配置することにより、電子の散乱領域を狭い領域
に制御することができる。その結果、散乱領域を負の電
子親和力で形成することによる電子の再放出現象と電子
軌道の収束効果を同時に実現することができ、高効率、
高精細な電子放出素子を実現することが可能となる。
The effect described above can be achieved by arranging the low potential electrode below the high potential electrode so that the electron scattering region can be controlled to a narrow region. As a result, the re-emission phenomenon of electrons by forming the scattering region with negative electron affinity and the convergence effect of the electron orbit can be realized at the same time.
It is possible to realize a high-definition electron-emitting device.

【0081】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子の好ましい駆動条件を説明する。図5に示した電子
軌道は、電子検出部にVf=15V、素子上空の陽極
(アノード電極6)に距離H=2mm隔てて、Va=1
0kVを印加した。なお、本発明の実施の形態に係る素
子では、Vfには特に制約はないが、Vaは真空耐圧の
保持できる領域から選択され、その範囲は数百Vから数
十kVで選択される。
Next, preferable driving conditions of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described. The electron trajectory shown in FIG. 5 is such that Vf = 15 V at the electron detector, Va = 1 at a distance H = 2 mm from the anode (anode electrode 6) above the element.
0 kV was applied. In the device according to the embodiment of the present invention, Vf is not particularly limited, but Va is selected from a region capable of holding a vacuum withstand voltage, and its range is selected from several hundred V to several tens kV.

【0082】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子において、その他の構造例について説明する。
Next, other structural examples of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described.

【0083】本発明の実施の形態に係る電子放出素子
は、低電位電極が絶縁層を介して、負の電子親和力の材
料で形成された高電位電極の略下方に配置されるもので
あり、その他の構成例として図10に示すような素子構
造も挙げられる。
In the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, the low-potential electrode is disposed substantially below the high-potential electrode formed of a material having a negative electron affinity via the insulating layer. As another configuration example, there is an element structure as shown in FIG.

【0084】図10(a)に示す構造では、低電位電極
の表面上に、その表面領域よりも狭い領域内に高電位電
極を積層するように設けており、すなわち、高電位電極
の両側に低電位電極が存在する(露出する)ように、高
電位電極の下方に低電位電極が存在する領域内に高電位
電極を積層している。
In the structure shown in FIG. 10A, the high potential electrode is provided on the surface of the low potential electrode so as to be stacked in a region narrower than the surface region, that is, on both sides of the high potential electrode. The high potential electrode is stacked in a region where the low potential electrode exists below the high potential electrode so that the low potential electrode exists (is exposed).

【0085】本構成にすることで、真空中に放出した電
子は電子放出部が存在しない領域の低電位電極上空に形
成される電界により、電子軌道を集向できる。
With this configuration, electrons emitted in a vacuum can direct their electron trajectories by an electric field formed above the low-potential electrode in a region where no electron-emitting portion exists.

【0086】また、図10(b)に示す素子構造のよう
に、上記図10(a)に示す構造に加えて、更に高電位
電極の一部に高電位電極の存在しない開口領域を配置す
ることで、先述したように、高電位電極頂上での散乱が
抑制でき、高精細な電子放出素子が実現できる。
As in the element structure shown in FIG. 10B, in addition to the structure shown in FIG. 10A, an opening region in which no high-potential electrode is present is disposed in a part of the high-potential electrode. Thus, as described above, scattering at the top of the high-potential electrode can be suppressed, and a high-definition electron-emitting device can be realized.

【0087】先述の高電位電極が存在しない開口領域の
形状は、図11にその模式図(図11(b),(c)は
その平面図)を示すように、細孔が複数存在する構造
(図11(b))やスリットが複数配置された構造(図
11(c))であっても良い。なお、図11(a)は、
図11(b),(c)に示した構造の断面模式図であ
る。
The shape of the above-mentioned opening region where the high potential electrode does not exist has a structure in which a plurality of pores are present as shown in a schematic view of FIG. 11 (FIGS. 11B and 11C are plan views thereof). (FIG. 11B) or a structure in which a plurality of slits are arranged (FIG. 11C). In addition, FIG.
FIG. 12 is a schematic sectional view of the structure shown in FIGS. 11 (b) and 11 (c).

【0088】さらに、電子を真空中に取り出すことが容
易にするため、図15(b)に示すように低電位電極の
電子放出部の先端を先鋭に加工する(加工部25)場合
もある。この場合の電子放出部を形成している材料は、
導電性の金属や半導体等から選択され、負の電子親和力
材料で形成されていても良い。
Further, in order to easily extract electrons into a vacuum, the tip of the electron emission portion of the low potential electrode may be sharpened (processed portion 25) as shown in FIG. The material forming the electron emitting portion in this case is
It may be selected from conductive metals and semiconductors, and may be formed of a negative electron affinity material.

【0089】次に、図5に示す本発明の実施の形態に係
る電子放出素子と、図18に示す従来技術に係る電子放
出素子のビーム形状を比較した図を図12に示す。
Next, FIG. 12 shows a diagram comparing the beam shapes of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 5 and the electron-emitting device according to the prior art shown in FIG.

【0090】従来の平面型では、低電位電極となる素子
電極2から放出した電子の大多数は、高電位電極となる
素子電極4上で複数回の散乱を経て素子上部の陽極(ア
ノード電極6)に到達する。この場合、電子は等方散乱
することが知られているが、このため電子の進行方向は
ランダムで、散乱回数の増加に従い電子軌道の均一性が
失われる。
In the conventional planar type, the majority of electrons emitted from the device electrode 2 serving as a low-potential electrode are scattered a plurality of times on the device electrode 4 serving as a high-potential electrode. ). In this case, it is known that the electrons are isotropically scattered. For this reason, the traveling direction of the electrons is random, and the uniformity of the electron trajectory is lost as the number of scattering increases.

【0091】また、図20に示す高電位電極を負の電子
親和力で形成した電子放出素子においても、複数回の散
乱を繰り返した電子が素子上空の陽極に到達するため、
電子ビームの収束に不利であった。
Also in the electron-emitting device in which the high-potential electrode shown in FIG. 20 is formed with a negative electron affinity, electrons that have been repeatedly scattered a plurality of times reach the anode above the device.
This was disadvantageous for the convergence of the electron beam.

【0092】一方、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子では、散乱回数を抑制できる構造であるため、等方
散乱による電子軌道の不均一性が極力抑制でき、かつ、
散乱領域が負の電子親和力で形成されているため、電子
ビームの収束とともに、電子放出効率の高効率化も同時
に実現できる。
On the other hand, since the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention has a structure capable of suppressing the number of times of scattering, the non-uniformity of the electron orbit due to isotropic scattering can be suppressed as much as possible.
Since the scattering region is formed with a negative electron affinity, the electron beam can be converged and the electron emission efficiency can be increased at the same time.

【0093】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子を用いた電子源について図13を参照して説明す
る。図13は本発明の実施の形態に係る電子源の模式図
である。
Next, an electron source using the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic diagram of the electron source according to the embodiment of the present invention.

【0094】図13において1011は電子源基体、1
012はX方向配線、1013はY方向配線である。ま
た、1014は本発明の実施の形態に係る電子放出素
子、1015は結線である。
In FIG. 13, reference numeral 1011 denotes an electron source base, 1
Reference numeral 012 denotes an X-direction wiring, and reference numeral 1013 denotes a Y-direction wiring. Reference numeral 1014 denotes an electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, and 1015 denotes a connection.

【0095】X方向配線1012には、X方向に配列し
た本発明の実施の形態に係る電子放出素子1014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。
A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 1014 according to the embodiment of the present invention arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 1012. You.

【0096】一方、Y方向配線1013には、Y方向に
配列した本発明の実施の形態に係る電子放出素子101
4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。
On the other hand, the Y-direction wiring 1013 has the electron-emitting devices 101 according to the embodiment of the present invention arranged in the Y-direction.
A modulation signal generating means (not shown) for modulating each of the columns 4 according to the input signal is connected.

【0097】各電子放出素子に印加される駆動電圧は、
当該素子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。また、Y方向配線は高電位、X方向配線
は低電位になるように接続されている。
The driving voltage applied to each electron-emitting device is
It is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the element. The Y-direction wiring is connected to a high potential and the X-direction wiring is connected to a low potential.

【0098】次に、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14を
用いて説明する。図14は本実施の形態に係る画像形成
装置の模式的斜視図であり、ガラス材料としてソーダラ
イムガラスを用いた画像形成装置の表示パネルを示す図
である。
Next, an image forming apparatus constructed using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic perspective view of the image forming apparatus according to the present embodiment, showing a display panel of the image forming apparatus using soda lime glass as a glass material.

【0099】図14において、1111は電子放出素子
を複数配した電子源基体、1121は電子源基体111
1を固定したリアプレート、1126はガラス基体11
23の内面に画像形成部材としての蛍光膜(蛍光体)1
124とメタルバック1125等が形成されたフェース
プレートである。
In FIG. 14, reference numeral 1111 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged, and 1211 denotes an electron source substrate 111.
1126 is a glass plate 11
Fluorescent film (phosphor) 1 as image forming member on inner surface of 23
This is a face plate on which a metal back 124 and a metal back 1125 are formed.

【0100】また、1122は支持枠であり、この支持
枠1122には、リアプレート1121、フェースプレ
ート1126がフリットガラス等を用いて接続されてい
る。
Reference numeral 1122 denotes a support frame, and a rear plate 1121 and a face plate 1126 are connected to the support frame 1122 using frit glass or the like.

【0101】1127は外囲器であり、真空中で、45
0度の温度範囲で10分焼成することで、封着して構成
される。
Reference numeral 1127 denotes an envelope, which is 45
Baking is performed for 10 minutes in a temperature range of 0 degrees to form a seal.

【0102】1114は、図5における電子放出部に相
当する。1112,1113は、本発明の実施の形態に
係る電子放出素子の一対の素子電極と接続されたX方向
配線及びY方向配線である。
Reference numeral 1114 corresponds to the electron-emitting portion in FIG. Reference numerals 1112 and 1113 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【0103】外囲器1127は、上述の如く、フェース
プレート1126、支持枠1122、リアプレート11
21で構成される。一方、フェースプレート1126、
リアプレート1121間に、スペーサーとよばれる不図
示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分
な強度をもつ外囲器1127を構成することもできる。
The envelope 1127 includes the face plate 1126, the support frame 1122, and the rear plate 11 as described above.
21. Meanwhile, a face plate 1126,
By installing a support (not shown) called a spacer between the rear plates 1121, an envelope 1127 having sufficient strength against atmospheric pressure can be formed.

【0104】尚、本発明の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
して素子上部に蛍光体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 the embodiment of the present invention, the phosphor is arranged above the device in alignment in consideration of the emitted electron trajectory.

【0105】[0105]

【実施例】以下、上記実施の形態に基づくより具体的な
実施例を示す。
The following is a more specific example based on the above embodiment.

【0106】(実施例1)まず、本実施例の製造工程を
説明する。
(Example 1) First, the manufacturing process of this example will be described.

【0107】(工程1)十分洗浄した石英基板1に、低
電位電極となる素子電極2として厚さ200nmのT
a、絶縁層3として厚さ50nmのSiO2をそれぞれ
スパッタ法により堆積した。
(Step 1) A 200-nm-thick T-substrate as a device electrode 2 serving as a low-potential electrode was placed on a sufficiently cleaned quartz substrate 1.
a, SiO 2 having a thickness of 50 nm was deposited as an insulating layer 3 by a sputtering method.

【0108】次に、高電位電極となる素子電極4として
厚さ50nmのダイヤモンドをCVD法により成膜し
た。
Next, diamond having a thickness of 50 nm was formed as a device electrode 4 serving as a high potential electrode by a CVD method.

【0109】次に、フォトリソグラフィー工程でマスク
パターンを転写した。その後、パターニングしたレジス
トをマスクとし、素子電極4、絶縁層3をドライエッチ
ングして段差を形成した(図1に示す構造)。
Next, a mask pattern was transferred in a photolithography step. Thereafter, using the patterned resist as a mask, the element electrode 4 and the insulating layer 3 were dry-etched to form steps (the structure shown in FIG. 1).

【0110】(工程2)次に、素子電極4を水素プラズ
マ処理することで、電子親和力を負の状態にした。
(Step 2) Next, the device electrode 4 was subjected to a hydrogen plasma treatment to make the electron affinity negative.

【0111】以上のようにして作製した素子を、図4に
示すような真空容器に配置し駆動した。駆動電圧は、V
f=30V、Va=10kV、電子放出素子とアノード
電極との距離HをH=2mmとした。ここで、アノード
電極として蛍光体を塗布した電極を用い、電子ビームの
サイズを観察した。ここで言う電子ビームサイズとは、
発光した蛍光体におけるピーク輝度の10%の領域まで
のサイズとした。
The device manufactured as described above was placed in a vacuum vessel as shown in FIG. 4 and driven. The driving voltage is V
f = 30 V, Va = 10 kV, and the distance H between the electron-emitting device and the anode electrode was H = 2 mm. Here, the size of the electron beam was observed using an electrode coated with a phosphor as an anode electrode. The electron beam size mentioned here is
The size was set up to a region of 10% of the peak luminance of the emitted phosphor.

【0112】その結果、ビーム径100μmの収束した
電子ビームが得られ、電子放出素子の高電位電極と低電
位電極間に流れる電流Ifと、素子上部のアノード電極
に到達した電子による電流Ieの比で表される電子放出
効率Ie/Ifは3.7%であった。また、ビーム径
は、100μmが得られた。従来の平面型の場合、ビー
ム径はおよそ200μmで効率はおよそ1%程度であっ
た。
As a result, a converged electron beam having a beam diameter of 100 μm was obtained, and the ratio of the current If flowing between the high-potential electrode and the low-potential electrode of the electron-emitting device to the current Ie due to the electrons reaching the anode electrode on the upper part of the device. The electron emission efficiency Ie / If represented by is 3.7%. Further, a beam diameter of 100 μm was obtained. In the case of the conventional flat type, the beam diameter was about 200 μm and the efficiency was about 1%.

【0113】(実施例2)実施例1と同様の構造を作製
した。ここでは、低電位電極に突起状の構造を形成し、
低電圧で電子放出可能な構造を形成した。形成方法は、
高電位電極と低電位電極の段差領域にMoを20nm堆
積し、斜方よりArイオンミリング工程により形成した
(図15(b)に示す構造)。
Example 2 A structure similar to that of Example 1 was manufactured. Here, a protruding structure is formed on the low potential electrode,
A structure capable of emitting electrons at a low voltage was formed. The formation method is
20 nm of Mo was deposited on the step region between the high-potential electrode and the low-potential electrode, and formed by an Ar ion milling process from the oblique direction (the structure shown in FIG. 15B).

【0114】この結果、Vf=15Vで駆動でき、実施
例1と同様に、3.7%の電子放出効率が得られた。ま
た、ビーム径は100μmが得られた。
As a result, driving was possible at Vf = 15 V, and an electron emission efficiency of 3.7% was obtained as in Example 1. Further, a beam diameter of 100 μm was obtained.

【0115】(実施例3)実施例1と同様の方法で、低
電位電極となる素子電極2としてTa、絶縁層3として
SiO2、高電位電極となる素子電極4としてダイヤモ
ンドを形成し、フォトリソグラフィー工程で、高電位電
極と絶縁層3の一部を除去した。更にフォトリソグラフ
ィー工程で、高電位電極の一部を除去し高電位電極の存
在しない領域を形成した(図9に示す構造)。
(Example 3) In the same manner as in Example 1, Ta was formed as the device electrode 2 serving as the low potential electrode, SiO 2 was formed as the insulating layer 3, and diamond was formed as the device electrode 4 serving as the high potential electrode. In the lithography step, the high potential electrode and part of the insulating layer 3 were removed. Further, in a photolithography step, a part of the high potential electrode was removed to form a region where no high potential electrode was present (the structure shown in FIG. 9).

【0116】この結果、高電位電極と低電位電極との間
にVf=30Vの電圧を印加し電子放出物性を評価した
ところ、高電位電極頂上での電子の散乱を抑制でき、
3.7%の電子放出効率と、90μmのビーム径が得ら
れた。
As a result, when a voltage of Vf = 30 V was applied between the high-potential electrode and the low-potential electrode, and the electron emission properties were evaluated, scattering of electrons at the top of the high-potential electrode could be suppressed.
An electron emission efficiency of 3.7% and a beam diameter of 90 μm were obtained.

【0117】(実施例4)石英基板上に、低電位電極と
なる素子電極2としてTa、絶縁層3としてSiO2
高電位電極となる素子電極4としてのダイヤモンドを積
層し、フォトリソグラフィー工程で、高電位電極と絶縁
層の一部を除去した。次に、高電位電極と絶縁層で形成
された段差部分の側壁に、ダイヤモンドライクカーボン
の薄膜を堆積した。
(Example 4) On a quartz substrate, Ta was used as the device electrode 2 serving as a low-potential electrode, SiO 2 was used as the insulating layer 3, and
Diamond as an element electrode 4 serving as a high-potential electrode was laminated, and a high-potential electrode and part of the insulating layer were removed by a photolithography process. Next, a diamond-like carbon thin film was deposited on the side wall of the step formed by the high potential electrode and the insulating layer.

【0118】その後、高電位電極と低電位電極の間にパ
ルス電圧を印加するフォーミング工程により、ダイヤモ
ンドライクカーボン薄膜に微小な間隙を形成した。この
ようにして作製した素子を真空チャンバー内に配置し、
アセトンガスを7×10-4Pa導入し、高電位電極と低
電位電極間にパルス電圧を印加し、間隙間に炭素を生成
した(図3に示す構造)。
Thereafter, a minute gap was formed in the diamond-like carbon thin film by a forming step of applying a pulse voltage between the high potential electrode and the low potential electrode. The element thus manufactured is placed in a vacuum chamber,
Acetone gas was introduced at 7 × 10 −4 Pa, a pulse voltage was applied between the high-potential electrode and the low-potential electrode, and carbon was generated between the gaps (structure shown in FIG. 3).

【0119】以上のようにして作製した素子にVf=1
5Vの電圧を印加して駆動すると、電子放出効率3.7
%、ビーム径100μmという結果が得られた。
The device manufactured as described above has Vf = 1.
When driven by applying a voltage of 5 V, the electron emission efficiency is 3.7.
% And a beam diameter of 100 μm were obtained.

【0120】(実施例5)石英基板上に、低電位電極と
なる素子電極2としてTa、絶縁層3としてSiO2
高電位電極となる素子電極4としてダイヤモンドをそれ
ぞれ300nm、50nm、200nm堆積した。次
に、フォトリソグラフィー工程により、高電位電極と絶
縁層3の一部分を基板から除去した。ここでは、高電位
電極が低電位電極の存在する領域内に配置されるように
した(図10(a)に示す構造)。
(Example 5) On a quartz substrate, Ta was used as an element electrode 2 serving as a low-potential electrode, SiO 2 was used as an insulating layer 3,
Diamond was deposited to 300 nm, 50 nm, and 200 nm as the device electrode 4 serving as a high potential electrode. Next, the high potential electrode and part of the insulating layer 3 were removed from the substrate by a photolithography process. Here, the high-potential electrode is arranged in the region where the low-potential electrode exists (the structure shown in FIG. 10A).

【0121】次に、高電位電極と絶縁層3で形成された
段差部分の側壁に、ダイヤモンドライクカーボンの薄膜
を堆積した。その後、高電位電極と低電位電極の間にパ
ルス電圧を印加するフォーミング工程により、ダイヤモ
ンドライクカーボン薄膜に微小な間隙を形成した。
Next, a diamond-like carbon thin film was deposited on the side wall of the step formed by the high potential electrode and the insulating layer 3. Thereafter, a minute gap was formed in the diamond-like carbon thin film by a forming step of applying a pulse voltage between the high potential electrode and the low potential electrode.

【0122】このようにして作製した素子を真空チャン
バー内に配置し、アセトンガスを7×10-4Pa導入
し、高電位電極と低電位電極間にパルス電圧を印加し、
間隙間に炭素を生成した。
The device thus manufactured was placed in a vacuum chamber, acetone gas was introduced at 7 × 10 −4 Pa, and a pulse voltage was applied between the high-potential electrode and the low-potential electrode.
Carbon was produced between the gaps.

【0123】以上のようにして作製した素子にVf=1
5Vの電圧を印加して駆動すると、電子放出効率3.6
%、ビーム径100μmという結果が得られた。
The device fabricated as described above has Vf = 1
When driven by applying a voltage of 5 V, the electron emission efficiency is 3.6
% And a beam diameter of 100 μm were obtained.

【0124】(実施例6)実施例5で作製した方法で、
高電位電極と絶縁層を除去し、更に、高電位電極の一部
に高電位電極が存在しない領域を形成した(図10
(b)に示す構造)。さらに、実施例5と同様に、フォ
ーミング工程、活性化工程を行ない、素子を作製した。
この結果、良好な電子放出特性が得られた。
(Embodiment 6) In the same manner as in Embodiment 5,
The high-potential electrode and the insulating layer were removed, and a region where the high-potential electrode did not exist was formed in part of the high-potential electrode (FIG. 10).
(Structure shown in (b)). Further, in the same manner as in Example 5, the forming step and the activation step were performed to manufacture an element.
As a result, good electron emission characteristics were obtained.

【0125】(実施例7)実施例1と同様に、低電位電
極となる素子電極2としてTa、絶縁層3としてSiO
2、高電位電極となる素子電極4としてダイヤモンドを
成膜し、高電位電極と絶縁層3の一部を基板から除去し
た。次に、高電位電極の一部に、高電位電極の存在しな
い開口領域をフォトリソグラフィーにより形成した(図
9に示す構造)。この結果、Vf=30Vで良好な電子
放出特性か得られた。
(Example 7) As in Example 1, Ta was used as the device electrode 2 serving as a low potential electrode, and SiO 2 was used as the insulating layer 3.
2. A diamond film was formed as the device electrode 4 serving as a high potential electrode, and the high potential electrode and a part of the insulating layer 3 were removed from the substrate. Next, an opening region where no high-potential electrode exists was formed in part of the high-potential electrode by photolithography (the structure shown in FIG. 9). As a result, good electron emission characteristics were obtained at Vf = 30 V.

【0126】(実施例8)石英基板上に、低電位電極と
なる素子電極2としてTa、絶縁層3としてSiO2
高電位電極となる素子電極4としてダイヤモンドを堆積
し、更にその上にAlを200nm堆積した。次に、フ
ォトリソグラィーにより、高電位電極と絶縁層3の一部
を基板から除去した。
(Example 8) On a quartz substrate, Ta was used as the device electrode 2 serving as a low potential electrode, SiO 2 was used as the insulating layer 3,
Diamond was deposited as a device electrode 4 to be a high potential electrode, and Al was further deposited thereon to 200 nm. Next, the high potential electrode and part of the insulating layer 3 were removed from the substrate by photolithography.

【0127】続いて、Alを陽極酸化し、複数の細孔を
形成し、その細孔をマスクとし高電位電極のダイヤモン
ドをエッチングすることで、高電位電極に複数の細孔を
転写した(図11に示す構造)。この結果、素子を駆動
すると良好な電子放出特性が得られた。
Subsequently, Al was anodically oxidized to form a plurality of pores, and the pores were used as a mask to etch the diamond of the high-potential electrode, thereby transferring the plurality of pores to the high-potential electrode. 11). As a result, when the device was driven, good electron emission characteristics were obtained.

【0128】(実施例9)実施例1と同様に、石英基板
上に低電位電極となる素子電極2としてTaを300n
m、絶縁層3としてSiO2を100nm、高電位電極
となる素子電極4としてダイヤモンドを100nm堆積
した。更にダイヤモンド上に、電子親和力が負でない材
料48としてグラファイトを10nm成膜した。
(Embodiment 9) As in Embodiment 1, 300 n of Ta is used as an element electrode 2 serving as a low potential electrode on a quartz substrate.
m, 100 nm of SiO 2 was deposited as the insulating layer 3 and 100 nm of diamond were deposited as the device electrode 4 to be a high potential electrode. Further, 10 nm of graphite was formed as a material 48 having a non-negative electron affinity on the diamond.

【0129】次に、フォトリソグラフィー工程により、
グラファイト、高電位電極、絶縁層のそれぞれの一部を
基板から除去し素子を作製した(図8に示す構造)。こ
のようにして作製した素子にVf=30Vを印加し駆動
すると、高電位電極頂上での散乱を抑制でき高効率でビ
ーム径の小さな結果を得られた。
Next, by a photolithography process,
A part of each of the graphite, the high-potential electrode, and the insulating layer was removed from the substrate to produce an element (structure shown in FIG. 8). When Vf = 30 V was applied to the device manufactured in this way and driven, scattering at the top of the high-potential electrode could be suppressed, and a result with high efficiency and a small beam diameter was obtained.

【0130】(実施例10)実施例1から9で作製した
電子放出素子を用いて画像形成装置を作製した。一例と
して、実施例1の素子を用いた場合について説明する。
Example 10 An image forming apparatus was manufactured using the electron-emitting devices manufactured in Examples 1 to 9. As an example, a case where the device of the first embodiment is used will be described.

【0131】実施例1の電子放出素子を10×10のマ
トリクス上に配置し、x方向配線を高電位電極に、y方
向配線を低電位電極に接続した。素子の上部には、2m
mの距離を隔てて蛍光体を配置した。
The electron-emitting devices of Example 1 were arranged on a 10 × 10 matrix, and the x-direction wiring was connected to the high potential electrode, and the y-direction wiring was connected to the low potential electrode. 2m above the element
The phosphors were arranged at a distance of m.

【0132】駆動条件をVa=10kV、Vf=30V
に設定したところ、高精細な画像表示ができた。
The driving conditions were as follows: Va = 10 kV, Vf = 30 V
When set to, high-definition image display was possible.

【0133】[0133]

【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、電子放出部付近に、負の電子親和力材料部分が
露出する露出部を有することで電子放出効率が向上し、
かつ、高電位電極と低電位電極が電子放出方向に対して
重なる位置関係にあり、かつ、高電位電極の方が低電位
電極よりも電子放出方向側に設けられることで、放出さ
れる電子の散乱を抑制できるので、電子放出効率の向上
と電子軌道の制御を同時に実現することができる。
As described above, the electron-emitting device of the present invention has an exposed portion where the negative electron affinity material portion is exposed near the electron-emitting portion, so that the electron-emitting efficiency is improved.
In addition, the high-potential electrode and the low-potential electrode are in a positional relationship overlapping with each other in the electron emission direction, and the high-potential electrode is provided closer to the electron-emitting direction than the low-potential electrode. Since scattering can be suppressed, it is possible to simultaneously improve the electron emission efficiency and control the electron orbit.

【0134】また、本発明の電子放出素子を適用するこ
とで、高精細な画像形成装置を実現できる。
By applying the electron-emitting device of the present invention, a high-definition image forming apparatus can be realized.

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

【図1】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の模式
図である。
FIG. 1 is a schematic view of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の駆動
状態を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a driving state of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造
方法を示す概略工程図である。
FIG. 3 is a schematic process diagram illustrating a method for manufacturing an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図4】活性化工程を説明する概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating an activation step.

【図5】本発明の実施の形態に係る電子放出素子を駆動
した場合の電子軌道を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an electron trajectory when the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention is driven.

【図6】負の電子親和力材料による電子放出原理を説明
する説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the principle of electron emission by a negative electron affinity material.

【図7】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の電子
散乱領域を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an electron scattering region of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態に係る電子放出素子(側壁
側のみ負の電子親和力材料を露出させる構成)の模式図
である。
FIG. 8 is a schematic diagram of an electron-emitting device (a configuration in which a negative electron affinity material is exposed only on a side wall) according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態に係る電子放出素子(電子
放出部の近傍に非導電体部を局部的に備える構成)の模
式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of an electron-emitting device (a structure in which a non-conductive portion is locally provided near an electron-emitting portion) according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態に係る電子放出素子(高
電位電極の両側に低電位電極が存在する構成)の模式図
である。
FIG. 10 is a schematic diagram of an electron-emitting device (a configuration in which a low-potential electrode exists on both sides of a high-potential electrode) according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態に係る電子放出素子(電
子放出部の近傍に非導電体部を局部的に備える構成)の
模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of an electron-emitting device (a structure in which a non-conductive portion is locally provided near an electron-emitting portion) according to an embodiment of the present invention.

【図12】電子ビームの広がりの比較図である。FIG. 12 is a comparison diagram of the spread of an electron beam.

【図13】本発明の実施の形態に係る電子源の模式図で
ある。
FIG. 13 is a schematic diagram of an electron source according to an embodiment of the present invention.

【図14】本実施の形態に係る画像形成装置の模式的斜
視図である。
FIG. 14 is a schematic perspective view of the image forming apparatus according to the present embodiment.

【図15】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の構
造変形例を示す模式的断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a structural modification of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図16】従来技術に係る(平面型)電子放出素子の模
式図である。
FIG. 16 is a schematic view of a (planar) electron-emitting device according to the related art.

【図17】従来技術に係る(垂直型・段差型)電子放出
素子の模式図である。
FIG. 17 is a schematic view of a conventional (vertical / stepped) electron-emitting device.

【図18】従来技術に係る電子放出素子の放出された電
子の散乱の様子を示す模式図である。
FIG. 18 is a schematic diagram showing a state of scattering of emitted electrons of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【図19】従来技術に係る電子放出素子の放出された電
子の散乱の様子を示す模式図である。
FIG. 19 is a schematic view showing a state of scattering of emitted electrons of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【図20】従来技術に係る(平面型)電子放出素子の模
式図である。
FIG. 20 is a schematic view of a (planar) electron-emitting device according to the related art.

【図21】従来技術に係る(平面型)電子放出素子のビ
ーム径の様子を示す模式図である。
FIG. 21 is a schematic view showing a state of a beam diameter of a (planar) electron-emitting device according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 素子電極(低電位電極) 3 絶縁層 4 素子電極(高電位電極) 5 間隙 6 アノード電極 7 導電性薄膜 40 電流計 41 電源 42 電流計 43 高圧電源 45 真空容器 46 排気ポンプ 47 有機ガス供給源 48 電子親和力が負でない材料 1011 電子源基体 1012 X方向配線 1013 Y方向配線 1014 電子放出素子 1015 結線 Reference Signs List 1 substrate 2 element electrode (low-potential electrode) 3 insulating layer 4 element electrode (high-potential electrode) 5 gap 6 anode electrode 7 conductive thin film 40 ammeter 41 power supply 42 ammeter 43 high-voltage power supply 45 vacuum vessel 46 exhaust pump 47 organic gas Source 48 Material with non-negative electron affinity 1011 Electron source base 1012 X-direction wiring 1013 Y-direction wiring 1014 Electron-emitting device 1015 Connection

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高電位電極と低電位電極が電子放出方向に
対して重なる位置関係にあり、かつ、高電位電極の方が
低電位電極よりも電子放出方向側に設けられると共に、 これら高電位電極と低電位電極との間に電圧を印加する
ことで電子を放出する電子放出素子において、 前記高電位電極の少なくとも一部を負の電子親和力材料
で構成すると共に、 電子放出部付近に、前記負の電子親和力材料部分が露出
する露出部を有することを特徴とする電子放出素子。
1. A high-potential electrode and a low-potential electrode are positioned so as to overlap with each other in the electron-emitting direction, and the high-potential electrode is provided closer to the electron-emitting direction than the low-potential electrode. In an electron-emitting device that emits electrons by applying a voltage between an electrode and a low-potential electrode, at least a part of the high-potential electrode is made of a negative electron affinity material, An electron-emitting device having an exposed portion from which a negative electron affinity material portion is exposed.
【請求項2】前記高電位電極は、その表面に負の電子親
和力材料で構成された被膜を有することを特徴とする請
求項1に記載の電子放出素子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said high-potential electrode has a coating made of a negative electron affinity material on its surface.
【請求項3】前記高電位電極は層構造であり、その側壁
に負の電子親和力材料の露出部を有することを特徴とす
る請求項1に記載の電子放出素子。
3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the high-potential electrode has a layered structure, and has an exposed portion of a negative electron affinity material on a side wall thereof.
【請求項4】前記側壁にのみ負の電子親和力材料の露出
部を有す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 device according to claim 3, wherein an exposed portion of a negative electron affinity material is provided only on the side wall.
【請求項5】前記低電位電極の表面上に、該表面領域よ
りも狭い領域内に前記高電位電極を積層するように設
け、該高電位電極の両端側に前記低電位電極表面を露出
させることを特徴とする請求項1に記載の電子放出素
子。
5. A high potential electrode is provided on a surface of the low potential electrode so as to be laminated in a region narrower than the surface region, and the surface of the low potential electrode is exposed at both ends of the high potential electrode. The electron-emitting device according to claim 1, wherein:
【請求項6】前記高電位電極は、電子放出部の近傍に非
導電体部を局部的に備えることを特徴とする請求項1に
記載の電子放出素子。
6. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the high-potential electrode locally includes a non-conductive portion near the electron-emitting portion.
【請求項7】前記非導電体部は層構造で構成された高電
位電極に形成された開口部であることを特徴とする請求
項6に記載の電子放出素子。
7. The electron-emitting device according to claim 6, wherein the non-conductive portion is an opening formed in a high potential electrode having a layer structure.
【請求項8】表面伝導型電子放出素子であることを特徴
とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の電子放出素
子。
8. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is a surface conduction electron-emitting device.
【請求項9】請求項1〜8のいずれか一つに記載の電子
放出素子を複数配列したことを特徴とする電子源。
9. An electron source comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1.
【請求項10】前記電子放出素子がマトリクス配線され
ていることを特徴とする請求項9に記載の電子源。
10. The electron source according to claim 9, wherein said electron-emitting devices are arranged in a matrix.
【請求項11】請求項9または10に記載の電子源と、
該電子源から放出された電子によって画像を形成する画
像形成部材と、を備えることを特徴とする画像形成装
置。
11. An electron source according to claim 9 or 10,
An image forming member that forms an image with electrons emitted from the electron source.
【請求項12】前記画像形成部材は、電子の衝突によっ
て発光する蛍光体であることを特徴とする請求項11に
記載の画像形成装置。
12. An image forming apparatus according to claim 11, wherein said image forming member is a phosphor which emits light by collision of electrons.
【請求項13】基板上に配置された第1の電極と、該第1
の電極上に絶縁層を介して配置された第2の電極とを有
する電子放出素子と、 前記電子放出素子と対向するように、前記基板と間隔を
置いて配置された第3の電極と、 前記第1の電極よりも高い電位を前記第2の電極に印加
し、前記第2の電極に印加される電位よりも高い電位を
前記第3の電極に印加する電圧印加手段とを有する電子
放出装置であって、 前記第2の電極が負の電子親和力材料を有することを特
徴とする電子放出装置。
13. A first electrode disposed on a substrate;
An electron-emitting device having a second electrode disposed on the electrode with an insulating layer interposed therebetween; and a third electrode disposed at an interval from the substrate so as to face the electron-emitting device; Voltage applying means for applying a higher potential than the first electrode to the second electrode and applying a higher potential to the third electrode than the potential applied to the second electrode. An electron emission device, wherein the second electrode comprises a negative electron affinity material.
【請求項14】前記負の電子親和力材料が、前記第2の
電極の表面に存在することを特徴とする請求項13に記
載の電子放出装置。
14. The electron-emitting device according to claim 13, wherein said negative electron affinity material exists on a surface of said second electrode.
【請求項15】前記第2の電極は、その表面に負の電子
親和力材料で構成された被膜を有することを特徴とする
請求項13または14に記載の電子放出装置。
15. The electron-emitting device according to claim 13, wherein the second electrode has a coating made of a negative electron affinity material on a surface thereof.
【請求項16】請求項13〜15のいずれか一つに記載
の電子放出素子を複数配列したことを特徴とする電子放
出装置。
16. An electron-emitting device comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 13.
【請求項17】前記電子放出素子がマトリクス配線され
ていることを特徴とする請求項16に記載の電子放出装
置。
17. The electron-emitting device according to claim 16, wherein said electron-emitting devices are arranged in a matrix.
【請求項18】前記電子放出装置は、画像形成部材を有
し、該画像形成部材と前記電子放出素子との間に前記第
3の電極が配置されることを特徴とする請求項16また
は17に記載の電子放出装置。
18. The electron emission device according to claim 16, further comprising an image forming member, wherein the third electrode is arranged between the image forming member and the electron emission element. An electron-emitting device according to claim 1.
【請求項19】前記画像形成部材は、電子の衝突によっ
て発光する蛍光体であることを特徴とする請求項18に
記載の電子放出装置。
19. An electron emission device according to claim 18, wherein said image forming member is a phosphor which emits light by collision of electrons.
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