電子放出素子、表示装置、放電発光装置およびＸ線放出装置
【課題】電子放出効率が高く、製造が容易な電子放出素子、および、この電子放出素子を使用する表示装置、放電発光装置およびＸ線放出装置を提供する。
【解決手段】第１の電極３と、第１の電極３上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部７を備え、段差部７の下段部に下段側平面部８と、段差部の上段部に上段側平面部９とを備える絶縁性膜４と、下段側平面部８に、段差部７と離隔して設けられた第２の電極５と、上段側平面部９に、段差部７と離隔して設けられた第３の電極６と、を備える。
【解決手段】第１の電極３と、第１の電極３上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部７を備え、段差部７の下段部に下段側平面部８と、段差部の上段部に上段側平面部９とを備える絶縁性膜４と、下段側平面部８に、段差部７と離隔して設けられた第２の電極５と、上段側平面部９に、段差部７と離隔して設けられた第３の電極６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、および、この電子放出素子を使用する表示装置、放電発光装置およびＸ線放出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置等に使用される電子放出素子については、以前から多くの方式が提案されている。その中の一つに、金属電極、絶縁性膜、金属電極が順次積層された構造を有するＭＩＭ（metal-insulator-metal）型と呼ばれる電子放出素子がある。ＭＩＭ型の電子放出素子は、電極間に電圧を印加して電子を放出する。すなわち、印加電圧で一方の電極から絶縁性膜に注入された電子が、電極間の電界で加速され、もう一方の電極を貫通して外部へ放出される仕組みを利用している。なお、絶縁性膜としては、Ａｌ（アルミニウム）の陽極酸化膜が多く用いられるが、各種成膜法、構成が試みられている。また、電子が貫通する電極側に使用される金属は、電子の貫通を容易にするため薄くする必要があり、その厚さは数ｎｍ（ナノメートル）〜数１０ｎｍが一般的である。
【０００３】
しかしながら、加速された電子は、その大部分が電極内でエネルギーを損失してしまうため、電極を貫通して放出される電子はごくわずかである。電子が電極から放出されずそのまま電極に流れ込むことにより発生する電流値（電極から放出されずそのまま電極に流れ込む電子の数）と、電子が電極から放出され、放出先にある別の電極に到達することにより発生する電流値（電極から放出され、放出先にある別の電極に到達する電子の数）との比は、電子放出効率として定義されている。そして、通常のＭＩＭ型の電子放出素子の場合、電子放出効率は最も高い素子でも３％程度であり、その特性は不十分である。また、電子放出効率は、電子が貫通する電極の膜厚に大きく依存するため、膜厚を厳密にコントロールする必要があり、良品の製造が難しいという問題もある。
【０００４】
この問題を解決するため、例えば、特許文献１では、電子が貫通する電極に微細な孔（開口部）を形成し、この微細な孔から電子を放出することで電子放出効率を向上させる方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５１６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この方法の場合、開口部での等電位面が電子放出素子の外側に広がるように分布するため、開口部の電界強度が低下してしまい、この結果、開口部からの電子放出は少なくなってしまうという問題がある。なお、この問題に対して、開口部の大きさを相対的に小さくすれば、開口部での電界強度低下を低減することが可能である。しかしながら、電子放出効率が均一になるように、開口部を高精度かつ均一に微細加工するのは難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、開口部の電界強度の低下を抑制し、開口部の絶縁性膜表面からの電子放出を増大させることにより、電子放出効率が向上する電子放出素子、および、この電子放出素子を使用する表示装置、放電発光装置およびＸ線放出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の電極と、前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、基板と、前記基板上に設けられた第１の電極と、前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電子放出素子の電子放出効率が向上するという効果を奏する。
【００１１】
また、本発明によれば、電子放出素子の製造が容易になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子放出素子の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下において示す図面では、説明の便宜上、図面の各部材の縮尺を異ならせて記載してある場合がある。
【００１３】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【００１４】
電子放出素子１は、基板２、第１の電極３、絶縁性膜４、第２の電極５、および、第３の電極６を備えて構成されている。基板２は、ガラスやシリコンなどからなる。第１の電極３は、基板２の上に形成され、電子を絶縁性膜４へ注入する。第１の電極３は、電子放出性の高い導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｌ（アルミニウム）からなる。
【００１５】
絶縁性膜４は、第１の電極３の上に形成される。ここで、絶縁性膜４は、段差部７、下段側平面部８、および、上段側平面部９を備える。段差部７は、絶縁性膜４に設けられた複数の段差部であり、下段露出部１０と上段露出部１１をさらに備える。下段露出部１０は、段差部７の下段の部分であり、第２の電極５が形成されておらず、絶縁性膜４が外部に露出している構造となっている。上段露出部１１は、段差部７の上段の部分であり、第３の電極６が形成されておらず、絶縁性膜４が外部に露出している構造となっている。下段側平面部８は、下段露出部１０と同一面上にある平面部であり、上段側平面部９は、上段露出部１１と同一面上にある平面部である。絶縁性膜４は、絶縁性がある材料であればいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＳｉＯｘ（酸化シリコン）からなる。
【００１６】
第２の電極５は、絶縁性膜４の下段側平面部８の上に形成される。よって、第２の電極５は、絶縁性膜４の下段露出部１０には形成されていない。第３の電極６は、絶縁性膜４の上段側平面部９の上に形成される。よって、第３の電極６は、絶縁性膜４の上段露出部１１には形成されていない。従って、絶縁性膜４の段差部７には、第２の電極５および第３の電極６が存在せず、絶縁性膜４が外部に露出しており、いわゆる開口構造となっている。第２の電極５および第３の電極６は、導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｕ（金）からなる。
【００１７】
このように構成されている電子放出素子１が電子を放出する仕組みは、以下の通りである。第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電源１２を接続し、電圧Ｖｇを印加すると、電子は、第１の電極３から絶縁性膜４へ注入され、絶縁性膜４内で第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６の間の電界で加速され、第２の電極５、第３の電極６、下段露出部１０、および、上段露出部１１から放出される。
【００１８】
ここで、電子放出素子１が、上述のように構成されている理由について、図２の電子放出素子と比較して説明する。図２は、比較例の電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【００１９】
比較例の電子放出素子２１は、基板２２、第１の電極２３、絶縁性膜２４、および、第２の電極２５を備えて構成されている。第１の電極２３は、基板２２の上に形成され、電子を絶縁性膜２４へ注入する。絶縁性膜２４は、第１の電極２３の上に形成され、本実施の形態にかかる電子放出素子１のような段差部はなく、平坦な形状をしている。
【００２０】
第２の電極２５は、絶縁性膜２４の上に形成されるが、絶縁性膜２４を全て覆う構造ではなく、絶縁性膜２４には、その上面が外部へ露出している露出部２６が形成される。従って、絶縁性膜２４の露出部２６では、第２の電極２５が存在せず、いわゆる開口構造となっている。ここで、基板２２、第１の電極２３、絶縁性膜２４、および、第２の電極２５の材質は、それぞれ、基板２、第１の電極３、絶縁性膜４、および、第２の電極５の材質と同じである。そして、第１の電極２３と第２の電極２５との間に電源１２を接続し、電圧Ｖｇを印加すれば、第２の電極２５および露出部２６から電子が放出される。
【００２１】
図３は、電子放出素子の断面形状と電位分布の関係を表す図面である。ここで、図中の等電位面２７は、電極間に電圧を印加した場合に電位が一定である面を表す。また、図中の矢印は電子が放出される方向を表す。なお、電子の放出は、電極を貫通して放出される場合と、電極の開口部（絶縁性膜２４の露出部）から放出される場合とが考えられるが、ここでは、電極の開口部から放出される場合のみを考える。
【００２２】
図３の（ａ）は、比較例の電子放出素子２１において、第１の電極２３と第２の電極２５との間に電圧Ｖｇが印加された場合の開口部（露出部２６）付近の電位分布を示す。図をみると、第２の電極２５の露出部２６から、電子放出素子２１の外側へ等電位面２７がしみ出すように広がっている。このことは、電界計算等で容易に求めることが可能である。このように、等電位面２７が電子放出素子２１の外側へ広がると、露出部２６での絶縁性膜２４表面の電界強度が低下し、電子に加わる加速度が小さくなるので、露出部２６から放出される電子の数は少なく、電子放出効率は低くなる。
【００２３】
図３の（ｂ）は、本実施の形態にかかる電子放出素子１において、第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電圧Ｖｇが印加された場合の段差部７付近の電位分布を示す。ここで、第１の電極３と第３の電極６との間の距離は、比較例の電子放出素子２１における第１の電極２３と第２の電極２５との間の距離と同じである。
【００２４】
図をみると、第２の電極５は、第１の電極３に対して第３の電極６より近い位置にあり、結果として、第２の電極５は、比較例の電子放出素子２１において等電位面２７が広がる方向と逆の方向に移動していることになる。このため、第２の電極５と第３の電極６との間にある開口部（下段露出部１０と上段露出部１１とを合計した部分）から、電子放出素子１の外側へ等電位面２７が広がることを抑える効果が発生し、等電位面２７は図のようになる。
【００２５】
この結果、第３の電極６の開口部（上段露出部１１）での絶縁性膜４表面の電界強度は低下せず、電子に加わる加速度は第３の電極６がある部分と変わらないので、上段露出部１１から放出される電子の数は比較例の電子放出素子２１と比べて多くなり、電子放出効率は向上する。
【００２６】
従って、必要な電子放出効率によっては、第２の電極５および第３の電極６を貫通して電子が放出される必要もなくなる。この場合、第２の電極５の膜厚および第３の電極６の膜厚を厚くすることが可能となり、製造が容易となる。
【００２７】
なお、下段露出部１０からも電子は放出されるが、電子は等電位面に対して垂直の方向に放出されるため、下段露出部１０から放出された電子は図中の矢印の方向に対して右側へ進む。そのため、下段露出部１０から放出された電子は、この電子の到達が必要な距離や範囲により、電子放出効率の向上に寄与するか否かが決まる。
【００２８】
（作製例）
次に、電子放出素子１の作製例について、図１を使用して説明する。洗浄したガラス基板２上にＡｌを１００ｎｍスパッタリングで成膜し、第１の電極３を形成した。次に、絶縁性膜４としてＳｉＯｘを３００ｎｍ成膜し、ＳｉＯｘをスリット状に１５０ｎｍほどＲＩＥ（反応性イオンエッチング）で除去し、段差部７（下段側平面部８、下段露出部１０、上段側平面部９、および、上段露出部１１）を形成した。続いて、Ａｕを５０ｎｍスパッタリングで成膜し、第２の電極５および第３の電極６をパターニングした。そして、第１の電極３の端部と、スリット状に形成された第２の電極５および第３の電極６の端部に電源１２を接続すれば容易に各電極に電圧Ｖｇを印加することができる。
【００２９】
本作製例では、Ａｕの膜厚を５０ｎｍと厚くしたため、第２の電極５および第３の電極６に到達した電子は、そのまま電極に流れ込んでしまい、第２の電極５および第３の電極６を貫通して放出されることはない。しかし、第３の電極６の開口部（上段露出部１１）から高効率で電子が放出されるため、第２の電極５および第３の電極６の膜厚を厚くして、第２の電極５および第３の電極６を貫通する電子放出経路を遮断しても、電子放出素子全体としての電子放出効率にはほとんど影響しない。むしろ、Ａｕの膜厚を５０ｎｍに設定することで製造上十分な膜厚分布が得られ、電子放出特性の均一性は向上する。もちろん、Ａｕの膜厚を１０ｎｍ以下にして、第２の電極５および第３の電極６を貫通する電子放出経路を確保してもよい。
【００３０】
ここで、電子放出効率は、段差部７の段差（深さ）寸法、第２の電極５および第３の電極６のスリット形状、第２の電極５および第３の電極６と段差部７との相対位置等によっても変動するが、通常の微細加工プロセスで制御できる範囲であり、特殊な製造プロセスを用いる必要がない。
【００３１】
本条件で作製した電子放出素子１を１×１０−５Ｔｏｒｒ（トル）の真空下に設置し、第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６との間に、電源１２で電圧Ｖｇを印加し、電子放出特性を評価した。具体的には、電子放出素子１に対向してＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）を成膜した基板を設置し、電子放出素子１と対向基板との間に高電圧を印加して放出電流Ｉａを測定した。この結果、電圧Ｖｇ＝１００Ｖで放出電流Ｉａ＝１０ｍＡ／ｃｍ２が得られ、電子放出効率は３％となった。
【００３２】
この結果から、電子放出素子１の製造を容易にするため、第２の電極５の膜厚および第３の電極６の膜厚を厚くしたために、第２の電極５および第３の電極６を貫通しての電子放出がなくても、従来の電子放出素子で最も高い電子放出効率と同等の電子放出効率を達成することができることがわかる。
【００３３】
このように、第１の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜に段差部を設け電極の開口部をこの段差部の上に形成したので、開口部の電界強度が低下せず電子に加わる加速度を強くすることができ、開口部から放出される電子の数が多くなり、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００３４】
さらに、第１の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜の上面側に形成された電極から電子を放出する必要がないので、電極の膜厚を厚くすることが可能となり、電子放出素子の製造が容易となる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べて、第１の電極が第３の電極の開口部（絶縁性膜の段差部の上面露出部）がある部分に対応して形成されている点が異なっている。第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態にかかる電子放出素子の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【００３６】
図４は、第２の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。電子放出素子３１は、基板２、第１の電極３３、絶縁性膜３４、第２の電極５、および、第３の電極６を備えて構成されている。
【００３７】
第１の電極３３は、基板２の上に形成され、電子を絶縁性膜３４へ注入する。具体的には、第１の電極３３は、上段露出部１１がある部分に対応する絶縁性膜３４の下側の部分に形成され、その他の部分には形成されていない。第１の電極３３は、電子放出性の高い導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｌからなる。
【００３８】
絶縁性膜３４は、基板２と第１の電極３３の上に形成される。ここで、絶縁性膜３４は、段差部７、下段側平面部８、および、上段側平面部９を備える。段差部７は、下段露出部１０と上段露出部１１とをさらに備える。絶縁性膜３４は、絶縁性がある材料であればいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＳｉＯｘからなる。
【００３９】
このように構成されている電子放出素子３１が電子を放出する仕組みは、以下の通りである。第１の電極３３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電源１２を接続し、電圧Ｖｇを印加すると、電子は、第１の電極３３から絶縁性膜３４へ注入され、絶縁性膜３４内で第１の電極３３と、第２の電極５および第３の電極６との間の電界で加速され、上段露出部１１から放出される。
【００４０】
ここで、電子放出素子３１が、上述のように構成されている理由について、再び図３を用いて説明する。第１の実施の形態にかかる電子放出素子１の構造では、図３の（ｂ）のように、第１の電極３と第２の電極５の間隔が、第１の電極３と第３の電極６の間隔より狭いため、第１の電極３と第２の電極５の間の電界強度は、第１の電極３と第３の電極６の間の電界強度より、高くなっている。このため、電子の多くが、第１の電極３から第２の電極５へ絶縁性膜４を通って流れてしまう場合があり、電子放出の効率を向上させる妨げとなる。
【００４１】
図３の（ｃ）は、本実施の形態にかかる電子放出素子３１において、第１の電極３３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電圧Ｖｇが印加された場合の段差部７付近の電位分布を示す。
【００４２】
電子放出素子３１では、電子が第１の電極３３から第２の電極５へ絶縁性膜３４を通って流れてしまうのを防ぐため、第２の電極５の下側には第１の電極３３が形成されていない（第１の電極３３が開口した形状となっている）。第１の電極３３と第２の電極５の間は、電圧が印加されていればよく、電子が流れなくても問題ないためである。
【００４３】
さらに、電子放出素子３１では、電子が第１の電極３３から第３の電極６へ絶縁性膜３４を通って流れてしまうのを防ぐため、第３の電極６の下側にも第１の電極３３が形成されていない（第１の電極３３が開口した形状となっている）。第１の電極３３と第３の電極６の間も、電圧が印加されていればよく、電子が流れなくても問題ないためである。
【００４４】
さらに、電子放出素子３１では、第１の実施の形態で説明したように、下段露出部１０から図中の矢印の方向に対して右側へ進む電子の放出を防ぐため、下段露出部１０の下側にも第１の電極３３が形成されていない（第１の電極３３が開口した形状となっている）。
【００４５】
このような構造であっても、等電位面２７は電子放出素子３１の外側へは広がらない。この結果、第３の電極６の開口部（上段露出部１１）での絶縁性膜３４表面の電界強度は低下せず、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１と比べて電子に加わる加速度は変わらない。
【００４６】
さらに、このような構造にすることにより、第１の電極３３から第２の電極５へ絶縁性膜３４を通って流れる電子と、第１の電極３３から第３の電極６へ絶縁性膜３４を通って流れる電子が少なくなる。この結果、第１の電極３３から絶縁性膜３４に注入される全ての電子のうち、電子放出素子３１から放出されずにそのまま第２の電極５または第３の電極６へ流れ込む電子の数に対する上段露出部１１から放出される電子の数の割合は高くなり、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１と比べて電子放出効率はさらに向上する。
【００４７】
さらに、電子放出素子３１では、第１の電極３３と第２の電極５、および、第１の電極３３と第３の電極６が重なっている部分がない構造（第２の電極５および第３の電極６に対応する部分の第１の電極３３が開口した構造）になっているので、第１の電極３３と第２の電極５の間の静電容量、および、第１の電極３３と第３の電極６の間の静電容量が大幅に低減している。これは、電子源駆動部からみると負荷容量が大幅に低減することを意味するので、多数の電子放出素子を駆動する場合、例えば、電子放出素子を表示装置に適用する場合に有効である。
【００４８】
（作製例）
次に、電子放出素子３１の作製例について、図４を使用して説明する。洗浄したガラス基板２上にＡｌを１００ｎｍスパッタリングで成膜し、その後スリット状にパターンニングし、第１の電極３３を形成した。次に、絶縁性膜３４としてＳｉＯｘを３００ｎｍ成膜し、ＳｉＯｘをスリット状に１５０ｎｍほどＲＩＥで除去し、段差部７（下段側平面部８、下段露出部１０、上段側平面部９、および、上段露出部１１）を形成した。続いて、Ａｕを５０ｎｍスパッタリングで成膜し、第２の電極５および第３の電極６をパターニングした。そして、スリット状に形成された第１の電極３３の端部と、スリット状に形成された第２の電極５および第３の電極６の端部に電源１２を接続すれば、容易に各電極に電圧Ｖｇを印加することができる。
【００４９】
本作製例では、Ａｕの膜厚を５０ｎｍと厚くしたため、第２の電極５および第３の電極６に到達した電子は、そのまま電極に流れ込んでしまい、第２の電極５および第３の電極６を貫通して放出されることはない。しかし、第３の電極６の開口部（上段露出部１１）から高効率で電子が放出されるため、第２の電極５および第３の電極６の膜厚を厚くして、第２の電極５および第３の電極６を貫通する電子放出経路を遮断しても、電子放出素子全体としての電子放出効率にはほとんど影響しない。むしろ、Ａｕの膜厚を５０ｎｍに設定することで製造上十分な膜厚分布が得られ、電子放出特性の均一性は向上する。もちろん、Ａｕの膜厚を１０ｎｍ以下にして、第２の電極５および第３の電極６を貫通する電子放出経路を確保してもよい。
【００５０】
ここで、電子放出効率は、段差部７の段差（深さ）寸法、第２の電極５および第３の電極６のスリット形状、第２の電極５および第３の電極６と段差部７との相対位置等によっても変動するが、通常の微細加工プロセスで制御できる範囲であり、特殊な製造プロセスを用いる必要がない。
【００５１】
本条件で作製した電子放出素子３１を１×１０−５Ｔｏｒｒの真空下に設置し、第１の電極３３と、第２の電極５および第３の電極６との間に、電源１２で電圧Ｖｇを印加し、電子放出特性を評価した。具体的には、電子放出素子３１に対向してＩＴＯを成膜した基板を設置し、電子放出素子３１と対向基板との間に高電圧を印加して放出電流Ｉａを測定した。この結果、電圧Ｖｇ＝１００Ｖで放出電流Ｉａ＝１０ｍＡ／ｃｍ２が得られ、電子放出効率は６％となり、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１の２倍の電子放出効率が得られた。
【００５２】
また、本作製例では、第１の電極３３と第２の電極５、および、第１の電極３３と第３の電極６が重なっている部分がない構造（第２の電極５および第３の電極６に対応する部分の第１の電極３３が開口した構造）になっているため、第１の電極３３と第２の電極５の間の静電容量、および、第１の電極３３と第３の電極６の間の静電容量を大幅に低減できる。
【００５３】
このように、第２の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜の上面側に形成された電極部分に対応する、絶縁性膜の下面側に形成された電極部分を全て除去したので、下面側の電極から上面側の電極へ絶縁性膜を通って流れる電子を少なくすることができ、電極開口部から放出される電子の数の割合が高くなるので、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００５４】
さらに、第２の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、段差部の下段部の絶縁性膜露出部分に対応する、絶縁性膜の下面側に形成された電極部分を全て除去したので、電極開口部から放出される電子のうち、垂直に放出されず放出先の電極に到達しない電子をなくすことができるので、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００５５】
さらに、第２の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜の上面側に形成された電極と、絶縁性膜の下面側に形成された電極とが重なる部分がないので、電極間の静電容量を大幅に低減することが可能となる。
【００５６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、第１の電極の上に絶縁性膜および第３の電極が形成され、第２の電極が第１の電極と同じ面に形成されている構造となっている。第３の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態にかかる電子放出素子の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【００５７】
図５は、第３の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。電子放出素子４１は、基板２、第１の電極４３、絶縁性膜４４、第２の電極４５、および、第３の電極４６を備えて構成されている。
【００５８】
第１の電極４３は、基板２の上に形成され、電子を絶縁性膜４４へ注入する。その形状は、スリット状をしている。第１の電極４３は、電子放出性の高い導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｌからなる。
【００５９】
絶縁性膜４４は、第１の電極４３の上に形成される。絶縁性膜４４は、絶縁性がある材料であればいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＳｉＯｘからなる。
【００６０】
第２の電極４５は、基板２の上に形成される。従って、第１の電極４３と第２の電極４５とは、同じ基板２の上に形成される。具体的には、第２の電極４５は、スリット状をしており、第１の電極４３と並行に配置されている。第２の電極４５は、導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｌからなる。
【００６１】
第３の電極４６は、絶縁性膜４４の上に形成される。そして、第３の電極４６は、絶縁性膜４４の端部付近には形成されておらず、その面積は、絶縁性膜４４の面積より一回り小さい。このため、絶縁性膜４４には、上面が外部へ露出している露出部４７が形成される。第３の電極４６は、導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｕからなる。
【００６２】
このように構成されている電子放出素子４１が電子を放出する仕組みは、以下の通りである。第１の電極４３と、第２の電極４５および第３の電極４６との間に電源１２を接続し、電圧Ｖｇを印加すると、電子は、第１の電極４３から絶縁性膜４４へ注入され、絶縁性膜４４内で第１の電極４３と第３の電極４６の間（第２の電極４５）の電界で加速され、第３の電極４６と露出部４７から放出される。
【００６３】
ここで、電子放出素子４１が、上述のように構成されている理由について、再び図３を用いて説明する。図３の（ｄ）は、本実施の形態にかかる電子放出素子４１において、第１の電極４３と、第２の電極４５および第３の電極４６との間に電圧Ｖｇが印加された場合の露出部４７付近の電位分布を示す。
【００６４】
このように、第１の電極４３と第２の電極４５とが同一の層に形成されている構造であっても、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１および第２の実施の形態にかかる電子放出素子３１と同様に、等電位面２７は電子放出素子４１の外側へは広がらない。この結果、第３の電極４６の開口部（露出部４７）での絶縁性膜４４表面の電界強度は低下せず、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１と比べて電子に加わる加速度は変わらない。
【００６５】
さらに、第１の電極４３と第２の電極４５の間の距離は、実際には、第１の電極４３と第３の電極４６の間の距離に比べて離れているため、第１の電極４３から第２の電極４５へは、電子は流れない。この結果、第１の電極４３から絶縁性膜４４に注入される全ての電子のうち、電子放出素子４１から放出されずにそのまま第３の電極４６へ流れ込む電子の数に対する露出部４７から放出される電子の数の割合は多くなり、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１と比べて電子放出効率はさらに向上する。
【００６６】
さらに、絶縁性膜４４に段差部を設ける必要がないため、第２の実施の形態にかかる電子放出素子３１と比べて、製造が容易となる。
【００６７】
（作製例）
次に、電子放出素子４１の作製例について、図５を使用して説明する。洗浄したガラス基板２上にＡｌを１００ｎｍスパッタリングで成膜し、その後スリット状にパターンニングし、第１の電極４３を形成し、同時に、その両側に第２の電極４５を形成した。次にＳｉＯｘを３００ｎｍ成膜し、ＳｉＯｘをスリット状にＲＩＥで選択除去し、絶縁性膜４４を形成した。図では絶縁性膜４４が第１の電極４３と同一形状に形成されているが、第１の電極４３を被覆するように形成されてもよく、また第１の電極４３の周辺が露出するようにパターニングしてもよい。続いて、Ａｕを５０ｎｍスパッタリングで成膜し、第３の電極４６をパターニングした。そして、スリット状に形成された第１の電極４３の端部と、スリット状に形成された第２の電極４５および第３の電極４６の端部に電源１２を接続すれば、容易に各電極に電圧Ｖｇを印加することができる。
【００６８】
本作製例では、Ａｕの膜厚を５０ｎｍと厚くしたため、第３の電極４６に到達した電子は、そのまま電極に流れ込んでしまい、第３の電極４６を貫通して放出されることはない。しかし、第３の電極４６の開口部（露出部４７）から高効率で電子が放出されるため、第３の電極４６の膜厚を厚くして、第３の電極４６を貫通する電子放出経路を遮断しても、電子放出素子全体としての電子放出効率にはほとんど影響しない。むしろ、Ａｕの膜厚を５０ｎｍに設定することで製造上十分な膜厚分布が得られ、電子放出特性の均一性は向上する。もちろん、Ａｕの膜厚を１０ｎｍ以下にして、第３の電極４６を貫通する電子放出経路を確保してもよい。
【００６９】
ここで、電子放出効率は、第３の電極４６のスリット形状、第１の電極４３と第２の電極４５との相対位置等によっても変動するが、通常の微細加工プロセスで制御できる範囲であり、特殊な製造プロセスを用いる必要がない。
【００７０】
本条件で作製した電子放出素子４１を１×１０−５Ｔｏｒｒの真空下に設置し、第１の電極４３と、第２の電極４５および第３の電極４６との間に、電源１２で電圧Ｖｇを印加し、電子放出特性を評価した。具体的には、電子放出素子４１に対向してＩＴＯを成膜した基板を設置し、電子放出素子４１と対向基板との間に高電圧を印加して放出電流Ｉａを測定した。この結果、電圧Ｖｇ＝１００Ｖで放出電流Ｉａ＝１０ｍＡ／ｃｍ２が得られ、電子放出効率は６％となり、第２の実施の形態にかかる電子放出素子３１と同等の特性が得られた。
【００７１】
なお、本作製例では、第２の電極４５を第１の電極４３と同一の工程で形成したが、第３の電極４６と同一の工程で形成してもよいし、第１の電極４３および第３の電極４６の形成工程とは別の工程で形成してもよい。
【００７２】
このように、第３の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、電子を絶縁性膜に注入する電極と、この電極との間で電界を発生させる電極の一部とを同一面に形成したので、絶縁性膜の露出部の電界強度が低下せず電子に加わる加速度を強くすることができ、開口部から放出される電子の数が多くなり、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００７３】
さらに、第３の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、電子を絶縁性膜に注入する電極と、この電極との間で電界を発生させる電極の一部との間の距離が離れているため、これらの電極間では電子は流れず、絶縁性膜の露出部から放出される電子の数の割合が高くなるので、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００７４】
さらに、第３の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜に段差部を設ける必要がないため、絶縁性膜にＲＩＥで段差部を設ける工程が不要となり、電子放出素子の製造が容易となる。
【００７５】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発明の電子放出素子を表示装置に適用したものである。図６は、第３の実施の形態で説明した電子放出素子が適用された表示素子の一例を示す上面図とＡ−Ａ矢視断面図であり、図７は、この表示素子をマトリクス状に配置した表示装置の一例を示す図である。
【００７６】
表示素子５１は、入力画像信号に応じた画像を表示する。この表示素子５１は、基板５２、第１の電極５３、絶縁性膜５４、第２の電極５５、第３の電極５６、走査線５７、信号線５８、および、透明基板（図示せず）を備えて構成されている。基板５２は、ガラスからなる。第１の電極５３は、基板５２の上に形成され、電子を絶縁性膜５４へ注入し、Ａｌからなる。絶縁性膜５４は、第１の電極５３の上に形成され、ＳｉＯｘからなる。第２の電極５５は、第１の電極５３と同じく基板５２の上に形成され、第１の電極５３と並行に配置されており、Ａｕからなる。
【００７７】
第３の電極５６は、絶縁性膜５４の上に形成される。そして、第３の電極５６は、絶縁性膜５４の端部付近には形成されておらず、その面積は、絶縁性膜５４の面積より一回り小さい。このため、絶縁性膜５４には、上面が外部へ露出している露出部５９が形成される。第３の電極５６は、Ａｕからなる。ここで、基板５２、第１の電極５３、絶縁性膜５４、第２の電極５５、および、第３の電極５６は、第３の実施の形態にかかる電子放出素子の各部分に相当する。走査線５７と信号線５８とが交差する交差部６０には、配線間が短絡しないように走査線５７と信号線５８の間に絶縁層を積層する。絶縁層は絶縁性膜５４と同時に成膜、パターニングして形成してもよいし、別途成膜およびパターニングにより形成しても良い。
【００７８】
走査線５７および信号線５８は、図示しない処理部から入力画像信号に応じた信号を受信する。走査線５７はＡｌからなり、信号線５８はＡｕからなる。透明基板は、基板５２と一定距離離れて対向して配置されており、その表面には蛍光体が塗布されている。
【００７９】
このように構成されている表示素子５１が、図７の表示装置６１に入力画像信号に応じた画像を表示する仕組みは、以下の通りである。あらかじめ、第１の電極５３と透明基板との間に電圧を印加しておく。そして、走査線５７および信号線５８が入力画像信号に応じた信号を受信し、その信号により第２の電極５５および第３の電極５６から第１の電極５３の方向へ電圧が印加される。すると、電子が、第１の電極５３から絶縁性膜５４へ注入され、絶縁性膜５４内で第１の電極５３と第３の電極５６の間の電界で加速され、第３の電極５６と露出部５９から透明基板へ向かって放出される。そして、放出された電子が透明基板へ到達すると、電子が到達した部分にある蛍光体が発光する。表示装置６１には、表示素子５１がマトリクス状に配置されており、表示装置６１の各々の表示素子５１が入力画像信号に応じて発光することにより、表示装置６１が画像を表示する。
【００８０】
（作製例）
次に、表示素子５１の作製例について、図６を使用して説明する。洗浄したガラス基板５２上にＡｌを１００ｎｍスパッタリングで成膜し、通常のフォトリソグラフィ工程により走査線５７と、走査線５７に接続された第１の電極５３とを形成した。ここで、第１の電極５３の幅は２０ミクロン、間隔は２０ミクロンとした。続いて、ＳｉＯｘをスパッタ装置で３００ｎｍ成膜し、第１の電極５３を覆うようにパターニングし、絶縁性膜５３を形成した。次にＡｕをスパッタで１００ｎｍ成膜し、信号線５８、第２の電極５５、および、第３の電極５６をパターニングで形成した。ここで、第２の電極５５の幅は１０ミクロン、第３の電極５６の幅は１０ミクロンとした。
【００８１】
なお、第３の電極５６を貫通しての電子放出を活用する場合は、第３の電極５６の膜厚を１０ｎｍ以下にすることが望ましい。この場合、第３の電極５６と信号線５８とを同時に形成すると、信号線の抵抗が高くなるため好ましくないので、第３の電極５６の形成と信号線５８の形成とを別工程とし、信号線５８の膜厚を厚くして信号線５８の抵抗を下げるようにする。この時、第２の電極５５は、第３の電極５６の形成工程と信号線５８の形成工程のどちらの工程で形成されても構わない。
【００８２】
本条件で作製した表示素子５１を１×１０−５Ｔｏｒｒの真空下に設置し、第１の電極５３と透明基板の間に１ｋＶの加速電圧を印加した。そして、走査線５７および信号線５８に入力画像信号に応じた信号を送信すると、透明基板の蛍光体を発光させることができた。
【００８３】
このように、第４の実施の形態にかかる表示素子によれば、電子放出効率が高いので受信した入力画像信号の振幅値が小さくても、透明基板の蛍光体を発光させることができ、表示素子がマトリクス状に配置されている表示装置の消費電力を低下させることが可能となる。
【００８４】
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発明の電子放出素子を放電発光装置に適用したものである。図８は、第１の実施の形態で説明した電子放出素子が適用された放電発光装置の一例を示す側面断面図である。
【００８５】
放電発光装置７１は、ガラス管７２内に微量の水銀７３と不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）７４とを封入し、ガラス管７２の内壁には、紫外線により可視光を発生する蛍光体からなる蛍光膜７５をさらに形成している。そして、このガラス管７２の片端部に、電子放出素子１を備えている。放電開始時には、放電発光装置７１内の電子放出素子１に、引き出しリード７６を介して外部から直流電圧Ｖｓを印加し、第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電界を発生させ、第２の電極５、第３の電極６、下段露出部１０、および、上段露出部１１から加速された電子７７を放出させる。さらに、この電子７７が加速されてアルゴン７４の原子に衝突し、アルゴン７４はイオン化する。そして、封入された水銀７３は、電子７７やイオン化したアルゴン７４との衝突により励起され、紫外線７８を発生する。この紫外線７８が蛍光膜７５の蛍光体を励起し、放電発光装置７１から可視光７９が発生する。放電開始後は、電子放出素子１から電子を放出させる必要は無く、第２の電極５および第３の電極６と、対向電極（アノード電極）８０との間に直流電圧Ｖａを印加すれば放電は維持される。
【００８６】
また、イオン化したアルゴン７４は電子放出素子１の第２の電極５および第３の電極６に衝突し、第２の電極５および第３の電極６をスパッタする問題がある。従来構造では第２の電極５および第３の電極６の厚さが１０ｎｍ程度と薄く、放電中に第２の電極５および第３の電極６がスパッタ除去されてしまう。本発明の電子放出素子１は第２の電極５および第３の電極６の膜厚を厚くすることが可能であり、しかも第２の電極５および第３の電極６の膜厚の影響を受けにくいので、放電発光装置の寿命を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００８７】
なお、本実施の形態では、第２の電極および第３の電極と、対向電極（アノード電極）との間は、直流電圧が印加されているが、交流電圧が印加されてもよい。放電開始後は、電子放出素子から電子を放出させる必要は無く、第２の電極および第３の電極と、対向電極（アノード電極）との間に交流電圧を印加すれば放電は維持される。
【００８８】
このように、第５の実施の形態にかかる放電発光装置によれば、放電開始時に電子放出素子から電子を供給することが出来るので放電開始が容易になり、結果的に放電開始電圧を下げることができる。
【００８９】
さらに、第５の実施の形態にかかる放電発光装置によれば、電子放出素子の上部にある電極の膜厚を厚くすることが可能となり、放電により電極がスパッタ除去されてしまうことによる電子放出素子の電子放出効率の低下を防ぐことができるので、放電発光装置の寿命を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００９０】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発明の電子放出素子をＸ線放射装置に適用したものである。図９は、第１の実施の形態で説明した電子放出素子が適用されたＸ線放射装置の一例を示す側面断面図である。
【００９１】
Ｘ線放射装置８１は、気密容器となる管体８２内に収束管８３と、電子放出素子１と、ターゲット８４と、陽極８５と、を備えている。管体８２は、放射窓８６を備えている。電子放出素子１は、収束管８３内に配置されている。ターゲット８４は、タングステンや銅などの金属を用いている。そして、電子放出素子１から真空中に放出された電子は、陽極８５による電界により加速して、ターゲット８４に衝突する。この衝突によりＸ線が発生する。発生したＸ線は、放射窓８６から管体８２外に放射される。
【００９２】
このように、第６の実施の形態にかかるＸ線放射装置によれば、電子放出効率が高い電子放出素子を使用しているので、Ｘ線放射装置の消費電力を低下させることが可能となる。
【００９３】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。各実施の形態では、絶縁性膜にＳｉＯｘを使用しているが、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）やＳｉＯ２（二酸化シリコン）、多結晶シリコン層を電解液中で電気化学的に酸化する工程で形成されたシリコンのナノ結晶層、または、導電性材料のナノ微粒子を含む絶縁層を使用してもよい。
【００９４】
また、各実施の形態では、第１の電極は金属であるが半導体でもよく、すなわち、上部電極を金属、下部電極を半導体としたＭＯＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型の電子放出素子に適用することも可能である。
【００９５】
また、第１〜３の実施の形態では、第１の電極と第２の電極の間に印加される電圧と、第１の電極と第３の電極の間に印加される電圧とは同じであるが、互いに異なる電圧を印加してもよく、同様の効果を実現することが可能である。
【００９６】
また、第１〜３の実施の形態では、第２の電極は開口部（上面露出部または露出部）における等電位面の広がりを抑制する目的で配置されたものであるから、その目的を損なわない範囲で、電位は自由に設定することができる。さらには、電子放出素子の駆動条件等に応じて第２の電極の電位を調節し、電子放出効率を制御することも可能である。
【００９７】
また、第４の実施の形態では、第３の実施の形態にかかる電子放出素子を表示装置に適用しているが、第１の実施の形態にかかる電子放出素子、または、第２の実施の形態にかかる電子放出素子を、表示装置に適用してもよい。
【００９８】
同様に、第５の実施の形態では、第１の実施の形態にかかる電子放出素子を放電発光装置に適用しているが、第２の実施の形態にかかる電子放出素子、または、第３の実施の形態にかかる電子放出素子を、放電発光装置に適用してもよい。
【００９９】
同様に、第６の実施の形態では、第１の実施の形態にかかる電子放出素子をＸ線放射装置に適用しているが、第２の実施の形態にかかる電子放出素子、または、第３の実施の形態にかかる電子放出素子を、Ｘ線放射装置に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、第１の電極から注入された電子が絶縁性膜中で高電界により加速されて第２の電極あるいは絶縁性膜表面から放出される型の電子源全般と、この電子源を使用する全ての装置に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第１の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【図２】比較例の電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【図３】電子放出素子の形状と電界強度の関係を表す図面である。
【図４】第２の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【図６】第３の実施の形態で説明した電子放出素子が適用された表示素子の一例を示す上面図とＡ−Ａ矢視断面図である。
【図７】表示素子をマトリクス状に配置した表示装置の一例を示す図である。
【図８】第１の実施の形態で説明した電子放出素子が適用された放電発光装置の一例を示す側面断面図である。
【図９】第１の実施の形態で説明した電子放出素子が適用されたＸ線放射装置の一例を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１、２１、３１、４１ 電子放出素子
２、２２、５２ 基板
３、２３、３３、４３、５３ 第１の電極
４、２４、３４、４４、５４ 絶縁性膜
５、２５、４５、５５ 第２の電極
６、４６、５６ 第３の電極
７ 段差部
８ 下段側平面部
９ 上段側平面部
１０ 下段露出部
１１ 上段露出部
１２ 電源
２６、４７、５９ 露出部
２７ 等電位面
５１ 表示素子
５７ 走査線
５８ 信号線
６０ 交差部
６１ 表示装置
７１ 放電発光装置
７２ ガラス管
７３ 水銀
７４ アルゴン
７５ 蛍光膜
７６ 引き出しリード
７７ 電子
７８ 紫外線
７９ 可視光
８０ 対向電極
８１ Ｘ線放射装置
８２ 管体
８３ 収束管
８４ ターゲット
８５ 陽極
８６ 放射窓
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、および、この電子放出素子を使用する表示装置、放電発光装置およびＸ線放出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置等に使用される電子放出素子については、以前から多くの方式が提案されている。その中の一つに、金属電極、絶縁性膜、金属電極が順次積層された構造を有するＭＩＭ（metal-insulator-metal）型と呼ばれる電子放出素子がある。ＭＩＭ型の電子放出素子は、電極間に電圧を印加して電子を放出する。すなわち、印加電圧で一方の電極から絶縁性膜に注入された電子が、電極間の電界で加速され、もう一方の電極を貫通して外部へ放出される仕組みを利用している。なお、絶縁性膜としては、Ａｌ（アルミニウム）の陽極酸化膜が多く用いられるが、各種成膜法、構成が試みられている。また、電子が貫通する電極側に使用される金属は、電子の貫通を容易にするため薄くする必要があり、その厚さは数ｎｍ（ナノメートル）〜数１０ｎｍが一般的である。
【０００３】
しかしながら、加速された電子は、その大部分が電極内でエネルギーを損失してしまうため、電極を貫通して放出される電子はごくわずかである。電子が電極から放出されずそのまま電極に流れ込むことにより発生する電流値（電極から放出されずそのまま電極に流れ込む電子の数）と、電子が電極から放出され、放出先にある別の電極に到達することにより発生する電流値（電極から放出され、放出先にある別の電極に到達する電子の数）との比は、電子放出効率として定義されている。そして、通常のＭＩＭ型の電子放出素子の場合、電子放出効率は最も高い素子でも３％程度であり、その特性は不十分である。また、電子放出効率は、電子が貫通する電極の膜厚に大きく依存するため、膜厚を厳密にコントロールする必要があり、良品の製造が難しいという問題もある。
【０００４】
この問題を解決するため、例えば、特許文献１では、電子が貫通する電極に微細な孔（開口部）を形成し、この微細な孔から電子を放出することで電子放出効率を向上させる方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５１６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この方法の場合、開口部での等電位面が電子放出素子の外側に広がるように分布するため、開口部の電界強度が低下してしまい、この結果、開口部からの電子放出は少なくなってしまうという問題がある。なお、この問題に対して、開口部の大きさを相対的に小さくすれば、開口部での電界強度低下を低減することが可能である。しかしながら、電子放出効率が均一になるように、開口部を高精度かつ均一に微細加工するのは難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、開口部の電界強度の低下を抑制し、開口部の絶縁性膜表面からの電子放出を増大させることにより、電子放出効率が向上する電子放出素子、および、この電子放出素子を使用する表示装置、放電発光装置およびＸ線放出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の電極と、前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、基板と、前記基板上に設けられた第１の電極と、前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電子放出素子の電子放出効率が向上するという効果を奏する。
【００１１】
また、本発明によれば、電子放出素子の製造が容易になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子放出素子の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下において示す図面では、説明の便宜上、図面の各部材の縮尺を異ならせて記載してある場合がある。
【００１３】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【００１４】
電子放出素子１は、基板２、第１の電極３、絶縁性膜４、第２の電極５、および、第３の電極６を備えて構成されている。基板２は、ガラスやシリコンなどからなる。第１の電極３は、基板２の上に形成され、電子を絶縁性膜４へ注入する。第１の電極３は、電子放出性の高い導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｌ（アルミニウム）からなる。
【００１５】
絶縁性膜４は、第１の電極３の上に形成される。ここで、絶縁性膜４は、段差部７、下段側平面部８、および、上段側平面部９を備える。段差部７は、絶縁性膜４に設けられた複数の段差部であり、下段露出部１０と上段露出部１１をさらに備える。下段露出部１０は、段差部７の下段の部分であり、第２の電極５が形成されておらず、絶縁性膜４が外部に露出している構造となっている。上段露出部１１は、段差部７の上段の部分であり、第３の電極６が形成されておらず、絶縁性膜４が外部に露出している構造となっている。下段側平面部８は、下段露出部１０と同一面上にある平面部であり、上段側平面部９は、上段露出部１１と同一面上にある平面部である。絶縁性膜４は、絶縁性がある材料であればいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＳｉＯｘ（酸化シリコン）からなる。
【００１６】
第２の電極５は、絶縁性膜４の下段側平面部８の上に形成される。よって、第２の電極５は、絶縁性膜４の下段露出部１０には形成されていない。第３の電極６は、絶縁性膜４の上段側平面部９の上に形成される。よって、第３の電極６は、絶縁性膜４の上段露出部１１には形成されていない。従って、絶縁性膜４の段差部７には、第２の電極５および第３の電極６が存在せず、絶縁性膜４が外部に露出しており、いわゆる開口構造となっている。第２の電極５および第３の電極６は、導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｕ（金）からなる。
【００１７】
このように構成されている電子放出素子１が電子を放出する仕組みは、以下の通りである。第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電源１２を接続し、電圧Ｖｇを印加すると、電子は、第１の電極３から絶縁性膜４へ注入され、絶縁性膜４内で第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６の間の電界で加速され、第２の電極５、第３の電極６、下段露出部１０、および、上段露出部１１から放出される。
【００１８】
ここで、電子放出素子１が、上述のように構成されている理由について、図２の電子放出素子と比較して説明する。図２は、比較例の電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【００１９】
比較例の電子放出素子２１は、基板２２、第１の電極２３、絶縁性膜２４、および、第２の電極２５を備えて構成されている。第１の電極２３は、基板２２の上に形成され、電子を絶縁性膜２４へ注入する。絶縁性膜２４は、第１の電極２３の上に形成され、本実施の形態にかかる電子放出素子１のような段差部はなく、平坦な形状をしている。
【００２０】
第２の電極２５は、絶縁性膜２４の上に形成されるが、絶縁性膜２４を全て覆う構造ではなく、絶縁性膜２４には、その上面が外部へ露出している露出部２６が形成される。従って、絶縁性膜２４の露出部２６では、第２の電極２５が存在せず、いわゆる開口構造となっている。ここで、基板２２、第１の電極２３、絶縁性膜２４、および、第２の電極２５の材質は、それぞれ、基板２、第１の電極３、絶縁性膜４、および、第２の電極５の材質と同じである。そして、第１の電極２３と第２の電極２５との間に電源１２を接続し、電圧Ｖｇを印加すれば、第２の電極２５および露出部２６から電子が放出される。
【００２１】
図３は、電子放出素子の断面形状と電位分布の関係を表す図面である。ここで、図中の等電位面２７は、電極間に電圧を印加した場合に電位が一定である面を表す。また、図中の矢印は電子が放出される方向を表す。なお、電子の放出は、電極を貫通して放出される場合と、電極の開口部（絶縁性膜２４の露出部）から放出される場合とが考えられるが、ここでは、電極の開口部から放出される場合のみを考える。
【００２２】
図３の（ａ）は、比較例の電子放出素子２１において、第１の電極２３と第２の電極２５との間に電圧Ｖｇが印加された場合の開口部（露出部２６）付近の電位分布を示す。図をみると、第２の電極２５の露出部２６から、電子放出素子２１の外側へ等電位面２７がしみ出すように広がっている。このことは、電界計算等で容易に求めることが可能である。このように、等電位面２７が電子放出素子２１の外側へ広がると、露出部２６での絶縁性膜２４表面の電界強度が低下し、電子に加わる加速度が小さくなるので、露出部２６から放出される電子の数は少なく、電子放出効率は低くなる。
【００２３】
図３の（ｂ）は、本実施の形態にかかる電子放出素子１において、第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電圧Ｖｇが印加された場合の段差部７付近の電位分布を示す。ここで、第１の電極３と第３の電極６との間の距離は、比較例の電子放出素子２１における第１の電極２３と第２の電極２５との間の距離と同じである。
【００２４】
図をみると、第２の電極５は、第１の電極３に対して第３の電極６より近い位置にあり、結果として、第２の電極５は、比較例の電子放出素子２１において等電位面２７が広がる方向と逆の方向に移動していることになる。このため、第２の電極５と第３の電極６との間にある開口部（下段露出部１０と上段露出部１１とを合計した部分）から、電子放出素子１の外側へ等電位面２７が広がることを抑える効果が発生し、等電位面２７は図のようになる。
【００２５】
この結果、第３の電極６の開口部（上段露出部１１）での絶縁性膜４表面の電界強度は低下せず、電子に加わる加速度は第３の電極６がある部分と変わらないので、上段露出部１１から放出される電子の数は比較例の電子放出素子２１と比べて多くなり、電子放出効率は向上する。
【００２６】
従って、必要な電子放出効率によっては、第２の電極５および第３の電極６を貫通して電子が放出される必要もなくなる。この場合、第２の電極５の膜厚および第３の電極６の膜厚を厚くすることが可能となり、製造が容易となる。
【００２７】
なお、下段露出部１０からも電子は放出されるが、電子は等電位面に対して垂直の方向に放出されるため、下段露出部１０から放出された電子は図中の矢印の方向に対して右側へ進む。そのため、下段露出部１０から放出された電子は、この電子の到達が必要な距離や範囲により、電子放出効率の向上に寄与するか否かが決まる。
【００２８】
（作製例）
次に、電子放出素子１の作製例について、図１を使用して説明する。洗浄したガラス基板２上にＡｌを１００ｎｍスパッタリングで成膜し、第１の電極３を形成した。次に、絶縁性膜４としてＳｉＯｘを３００ｎｍ成膜し、ＳｉＯｘをスリット状に１５０ｎｍほどＲＩＥ（反応性イオンエッチング）で除去し、段差部７（下段側平面部８、下段露出部１０、上段側平面部９、および、上段露出部１１）を形成した。続いて、Ａｕを５０ｎｍスパッタリングで成膜し、第２の電極５および第３の電極６をパターニングした。そして、第１の電極３の端部と、スリット状に形成された第２の電極５および第３の電極６の端部に電源１２を接続すれば容易に各電極に電圧Ｖｇを印加することができる。
【００２９】
本作製例では、Ａｕの膜厚を５０ｎｍと厚くしたため、第２の電極５および第３の電極６に到達した電子は、そのまま電極に流れ込んでしまい、第２の電極５および第３の電極６を貫通して放出されることはない。しかし、第３の電極６の開口部（上段露出部１１）から高効率で電子が放出されるため、第２の電極５および第３の電極６の膜厚を厚くして、第２の電極５および第３の電極６を貫通する電子放出経路を遮断しても、電子放出素子全体としての電子放出効率にはほとんど影響しない。むしろ、Ａｕの膜厚を５０ｎｍに設定することで製造上十分な膜厚分布が得られ、電子放出特性の均一性は向上する。もちろん、Ａｕの膜厚を１０ｎｍ以下にして、第２の電極５および第３の電極６を貫通する電子放出経路を確保してもよい。
【００３０】
ここで、電子放出効率は、段差部７の段差（深さ）寸法、第２の電極５および第３の電極６のスリット形状、第２の電極５および第３の電極６と段差部７との相対位置等によっても変動するが、通常の微細加工プロセスで制御できる範囲であり、特殊な製造プロセスを用いる必要がない。
【００３１】
本条件で作製した電子放出素子１を１×１０−５Ｔｏｒｒ（トル）の真空下に設置し、第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６との間に、電源１２で電圧Ｖｇを印加し、電子放出特性を評価した。具体的には、電子放出素子１に対向してＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）を成膜した基板を設置し、電子放出素子１と対向基板との間に高電圧を印加して放出電流Ｉａを測定した。この結果、電圧Ｖｇ＝１００Ｖで放出電流Ｉａ＝１０ｍＡ／ｃｍ２が得られ、電子放出効率は３％となった。
【００３２】
この結果から、電子放出素子１の製造を容易にするため、第２の電極５の膜厚および第３の電極６の膜厚を厚くしたために、第２の電極５および第３の電極６を貫通しての電子放出がなくても、従来の電子放出素子で最も高い電子放出効率と同等の電子放出効率を達成することができることがわかる。
【００３３】
このように、第１の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜に段差部を設け電極の開口部をこの段差部の上に形成したので、開口部の電界強度が低下せず電子に加わる加速度を強くすることができ、開口部から放出される電子の数が多くなり、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００３４】
さらに、第１の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜の上面側に形成された電極から電子を放出する必要がないので、電極の膜厚を厚くすることが可能となり、電子放出素子の製造が容易となる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べて、第１の電極が第３の電極の開口部（絶縁性膜の段差部の上面露出部）がある部分に対応して形成されている点が異なっている。第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態にかかる電子放出素子の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【００３６】
図４は、第２の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。電子放出素子３１は、基板２、第１の電極３３、絶縁性膜３４、第２の電極５、および、第３の電極６を備えて構成されている。
【００３７】
第１の電極３３は、基板２の上に形成され、電子を絶縁性膜３４へ注入する。具体的には、第１の電極３３は、上段露出部１１がある部分に対応する絶縁性膜３４の下側の部分に形成され、その他の部分には形成されていない。第１の電極３３は、電子放出性の高い導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｌからなる。
【００３８】
絶縁性膜３４は、基板２と第１の電極３３の上に形成される。ここで、絶縁性膜３４は、段差部７、下段側平面部８、および、上段側平面部９を備える。段差部７は、下段露出部１０と上段露出部１１とをさらに備える。絶縁性膜３４は、絶縁性がある材料であればいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＳｉＯｘからなる。
【００３９】
このように構成されている電子放出素子３１が電子を放出する仕組みは、以下の通りである。第１の電極３３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電源１２を接続し、電圧Ｖｇを印加すると、電子は、第１の電極３３から絶縁性膜３４へ注入され、絶縁性膜３４内で第１の電極３３と、第２の電極５および第３の電極６との間の電界で加速され、上段露出部１１から放出される。
【００４０】
ここで、電子放出素子３１が、上述のように構成されている理由について、再び図３を用いて説明する。第１の実施の形態にかかる電子放出素子１の構造では、図３の（ｂ）のように、第１の電極３と第２の電極５の間隔が、第１の電極３と第３の電極６の間隔より狭いため、第１の電極３と第２の電極５の間の電界強度は、第１の電極３と第３の電極６の間の電界強度より、高くなっている。このため、電子の多くが、第１の電極３から第２の電極５へ絶縁性膜４を通って流れてしまう場合があり、電子放出の効率を向上させる妨げとなる。
【００４１】
図３の（ｃ）は、本実施の形態にかかる電子放出素子３１において、第１の電極３３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電圧Ｖｇが印加された場合の段差部７付近の電位分布を示す。
【００４２】
電子放出素子３１では、電子が第１の電極３３から第２の電極５へ絶縁性膜３４を通って流れてしまうのを防ぐため、第２の電極５の下側には第１の電極３３が形成されていない（第１の電極３３が開口した形状となっている）。第１の電極３３と第２の電極５の間は、電圧が印加されていればよく、電子が流れなくても問題ないためである。
【００４３】
さらに、電子放出素子３１では、電子が第１の電極３３から第３の電極６へ絶縁性膜３４を通って流れてしまうのを防ぐため、第３の電極６の下側にも第１の電極３３が形成されていない（第１の電極３３が開口した形状となっている）。第１の電極３３と第３の電極６の間も、電圧が印加されていればよく、電子が流れなくても問題ないためである。
【００４４】
さらに、電子放出素子３１では、第１の実施の形態で説明したように、下段露出部１０から図中の矢印の方向に対して右側へ進む電子の放出を防ぐため、下段露出部１０の下側にも第１の電極３３が形成されていない（第１の電極３３が開口した形状となっている）。
【００４５】
このような構造であっても、等電位面２７は電子放出素子３１の外側へは広がらない。この結果、第３の電極６の開口部（上段露出部１１）での絶縁性膜３４表面の電界強度は低下せず、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１と比べて電子に加わる加速度は変わらない。
【００４６】
さらに、このような構造にすることにより、第１の電極３３から第２の電極５へ絶縁性膜３４を通って流れる電子と、第１の電極３３から第３の電極６へ絶縁性膜３４を通って流れる電子が少なくなる。この結果、第１の電極３３から絶縁性膜３４に注入される全ての電子のうち、電子放出素子３１から放出されずにそのまま第２の電極５または第３の電極６へ流れ込む電子の数に対する上段露出部１１から放出される電子の数の割合は高くなり、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１と比べて電子放出効率はさらに向上する。
【００４７】
さらに、電子放出素子３１では、第１の電極３３と第２の電極５、および、第１の電極３３と第３の電極６が重なっている部分がない構造（第２の電極５および第３の電極６に対応する部分の第１の電極３３が開口した構造）になっているので、第１の電極３３と第２の電極５の間の静電容量、および、第１の電極３３と第３の電極６の間の静電容量が大幅に低減している。これは、電子源駆動部からみると負荷容量が大幅に低減することを意味するので、多数の電子放出素子を駆動する場合、例えば、電子放出素子を表示装置に適用する場合に有効である。
【００４８】
（作製例）
次に、電子放出素子３１の作製例について、図４を使用して説明する。洗浄したガラス基板２上にＡｌを１００ｎｍスパッタリングで成膜し、その後スリット状にパターンニングし、第１の電極３３を形成した。次に、絶縁性膜３４としてＳｉＯｘを３００ｎｍ成膜し、ＳｉＯｘをスリット状に１５０ｎｍほどＲＩＥで除去し、段差部７（下段側平面部８、下段露出部１０、上段側平面部９、および、上段露出部１１）を形成した。続いて、Ａｕを５０ｎｍスパッタリングで成膜し、第２の電極５および第３の電極６をパターニングした。そして、スリット状に形成された第１の電極３３の端部と、スリット状に形成された第２の電極５および第３の電極６の端部に電源１２を接続すれば、容易に各電極に電圧Ｖｇを印加することができる。
【００４９】
本作製例では、Ａｕの膜厚を５０ｎｍと厚くしたため、第２の電極５および第３の電極６に到達した電子は、そのまま電極に流れ込んでしまい、第２の電極５および第３の電極６を貫通して放出されることはない。しかし、第３の電極６の開口部（上段露出部１１）から高効率で電子が放出されるため、第２の電極５および第３の電極６の膜厚を厚くして、第２の電極５および第３の電極６を貫通する電子放出経路を遮断しても、電子放出素子全体としての電子放出効率にはほとんど影響しない。むしろ、Ａｕの膜厚を５０ｎｍに設定することで製造上十分な膜厚分布が得られ、電子放出特性の均一性は向上する。もちろん、Ａｕの膜厚を１０ｎｍ以下にして、第２の電極５および第３の電極６を貫通する電子放出経路を確保してもよい。
【００５０】
ここで、電子放出効率は、段差部７の段差（深さ）寸法、第２の電極５および第３の電極６のスリット形状、第２の電極５および第３の電極６と段差部７との相対位置等によっても変動するが、通常の微細加工プロセスで制御できる範囲であり、特殊な製造プロセスを用いる必要がない。
【００５１】
本条件で作製した電子放出素子３１を１×１０−５Ｔｏｒｒの真空下に設置し、第１の電極３３と、第２の電極５および第３の電極６との間に、電源１２で電圧Ｖｇを印加し、電子放出特性を評価した。具体的には、電子放出素子３１に対向してＩＴＯを成膜した基板を設置し、電子放出素子３１と対向基板との間に高電圧を印加して放出電流Ｉａを測定した。この結果、電圧Ｖｇ＝１００Ｖで放出電流Ｉａ＝１０ｍＡ／ｃｍ２が得られ、電子放出効率は６％となり、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１の２倍の電子放出効率が得られた。
【００５２】
また、本作製例では、第１の電極３３と第２の電極５、および、第１の電極３３と第３の電極６が重なっている部分がない構造（第２の電極５および第３の電極６に対応する部分の第１の電極３３が開口した構造）になっているため、第１の電極３３と第２の電極５の間の静電容量、および、第１の電極３３と第３の電極６の間の静電容量を大幅に低減できる。
【００５３】
このように、第２の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜の上面側に形成された電極部分に対応する、絶縁性膜の下面側に形成された電極部分を全て除去したので、下面側の電極から上面側の電極へ絶縁性膜を通って流れる電子を少なくすることができ、電極開口部から放出される電子の数の割合が高くなるので、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００５４】
さらに、第２の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、段差部の下段部の絶縁性膜露出部分に対応する、絶縁性膜の下面側に形成された電極部分を全て除去したので、電極開口部から放出される電子のうち、垂直に放出されず放出先の電極に到達しない電子をなくすことができるので、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００５５】
さらに、第２の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜の上面側に形成された電極と、絶縁性膜の下面側に形成された電極とが重なる部分がないので、電極間の静電容量を大幅に低減することが可能となる。
【００５６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、第１の電極の上に絶縁性膜および第３の電極が形成され、第２の電極が第１の電極と同じ面に形成されている構造となっている。第３の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態にかかる電子放出素子の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【００５７】
図５は、第３の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。電子放出素子４１は、基板２、第１の電極４３、絶縁性膜４４、第２の電極４５、および、第３の電極４６を備えて構成されている。
【００５８】
第１の電極４３は、基板２の上に形成され、電子を絶縁性膜４４へ注入する。その形状は、スリット状をしている。第１の電極４３は、電子放出性の高い導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｌからなる。
【００５９】
絶縁性膜４４は、第１の電極４３の上に形成される。絶縁性膜４４は、絶縁性がある材料であればいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＳｉＯｘからなる。
【００６０】
第２の電極４５は、基板２の上に形成される。従って、第１の電極４３と第２の電極４５とは、同じ基板２の上に形成される。具体的には、第２の電極４５は、スリット状をしており、第１の電極４３と並行に配置されている。第２の電極４５は、導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｌからなる。
【００６１】
第３の電極４６は、絶縁性膜４４の上に形成される。そして、第３の電極４６は、絶縁性膜４４の端部付近には形成されておらず、その面積は、絶縁性膜４４の面積より一回り小さい。このため、絶縁性膜４４には、上面が外部へ露出している露出部４７が形成される。第３の電極４６は、導電性材料であれば金属や半導体等のいずれの材料も使用することができるが、本実施の形態ではＡｕからなる。
【００６２】
このように構成されている電子放出素子４１が電子を放出する仕組みは、以下の通りである。第１の電極４３と、第２の電極４５および第３の電極４６との間に電源１２を接続し、電圧Ｖｇを印加すると、電子は、第１の電極４３から絶縁性膜４４へ注入され、絶縁性膜４４内で第１の電極４３と第３の電極４６の間（第２の電極４５）の電界で加速され、第３の電極４６と露出部４７から放出される。
【００６３】
ここで、電子放出素子４１が、上述のように構成されている理由について、再び図３を用いて説明する。図３の（ｄ）は、本実施の形態にかかる電子放出素子４１において、第１の電極４３と、第２の電極４５および第３の電極４６との間に電圧Ｖｇが印加された場合の露出部４７付近の電位分布を示す。
【００６４】
このように、第１の電極４３と第２の電極４５とが同一の層に形成されている構造であっても、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１および第２の実施の形態にかかる電子放出素子３１と同様に、等電位面２７は電子放出素子４１の外側へは広がらない。この結果、第３の電極４６の開口部（露出部４７）での絶縁性膜４４表面の電界強度は低下せず、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１と比べて電子に加わる加速度は変わらない。
【００６５】
さらに、第１の電極４３と第２の電極４５の間の距離は、実際には、第１の電極４３と第３の電極４６の間の距離に比べて離れているため、第１の電極４３から第２の電極４５へは、電子は流れない。この結果、第１の電極４３から絶縁性膜４４に注入される全ての電子のうち、電子放出素子４１から放出されずにそのまま第３の電極４６へ流れ込む電子の数に対する露出部４７から放出される電子の数の割合は多くなり、第１の実施の形態にかかる電子放出素子１と比べて電子放出効率はさらに向上する。
【００６６】
さらに、絶縁性膜４４に段差部を設ける必要がないため、第２の実施の形態にかかる電子放出素子３１と比べて、製造が容易となる。
【００６７】
（作製例）
次に、電子放出素子４１の作製例について、図５を使用して説明する。洗浄したガラス基板２上にＡｌを１００ｎｍスパッタリングで成膜し、その後スリット状にパターンニングし、第１の電極４３を形成し、同時に、その両側に第２の電極４５を形成した。次にＳｉＯｘを３００ｎｍ成膜し、ＳｉＯｘをスリット状にＲＩＥで選択除去し、絶縁性膜４４を形成した。図では絶縁性膜４４が第１の電極４３と同一形状に形成されているが、第１の電極４３を被覆するように形成されてもよく、また第１の電極４３の周辺が露出するようにパターニングしてもよい。続いて、Ａｕを５０ｎｍスパッタリングで成膜し、第３の電極４６をパターニングした。そして、スリット状に形成された第１の電極４３の端部と、スリット状に形成された第２の電極４５および第３の電極４６の端部に電源１２を接続すれば、容易に各電極に電圧Ｖｇを印加することができる。
【００６８】
本作製例では、Ａｕの膜厚を５０ｎｍと厚くしたため、第３の電極４６に到達した電子は、そのまま電極に流れ込んでしまい、第３の電極４６を貫通して放出されることはない。しかし、第３の電極４６の開口部（露出部４７）から高効率で電子が放出されるため、第３の電極４６の膜厚を厚くして、第３の電極４６を貫通する電子放出経路を遮断しても、電子放出素子全体としての電子放出効率にはほとんど影響しない。むしろ、Ａｕの膜厚を５０ｎｍに設定することで製造上十分な膜厚分布が得られ、電子放出特性の均一性は向上する。もちろん、Ａｕの膜厚を１０ｎｍ以下にして、第３の電極４６を貫通する電子放出経路を確保してもよい。
【００６９】
ここで、電子放出効率は、第３の電極４６のスリット形状、第１の電極４３と第２の電極４５との相対位置等によっても変動するが、通常の微細加工プロセスで制御できる範囲であり、特殊な製造プロセスを用いる必要がない。
【００７０】
本条件で作製した電子放出素子４１を１×１０−５Ｔｏｒｒの真空下に設置し、第１の電極４３と、第２の電極４５および第３の電極４６との間に、電源１２で電圧Ｖｇを印加し、電子放出特性を評価した。具体的には、電子放出素子４１に対向してＩＴＯを成膜した基板を設置し、電子放出素子４１と対向基板との間に高電圧を印加して放出電流Ｉａを測定した。この結果、電圧Ｖｇ＝１００Ｖで放出電流Ｉａ＝１０ｍＡ／ｃｍ２が得られ、電子放出効率は６％となり、第２の実施の形態にかかる電子放出素子３１と同等の特性が得られた。
【００７１】
なお、本作製例では、第２の電極４５を第１の電極４３と同一の工程で形成したが、第３の電極４６と同一の工程で形成してもよいし、第１の電極４３および第３の電極４６の形成工程とは別の工程で形成してもよい。
【００７２】
このように、第３の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、電子を絶縁性膜に注入する電極と、この電極との間で電界を発生させる電極の一部とを同一面に形成したので、絶縁性膜の露出部の電界強度が低下せず電子に加わる加速度を強くすることができ、開口部から放出される電子の数が多くなり、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００７３】
さらに、第３の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、電子を絶縁性膜に注入する電極と、この電極との間で電界を発生させる電極の一部との間の距離が離れているため、これらの電極間では電子は流れず、絶縁性膜の露出部から放出される電子の数の割合が高くなるので、電子放出効率を向上させることが可能となる。
【００７４】
さらに、第３の実施の形態にかかる電子放出素子によれば、絶縁性膜に段差部を設ける必要がないため、絶縁性膜にＲＩＥで段差部を設ける工程が不要となり、電子放出素子の製造が容易となる。
【００７５】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発明の電子放出素子を表示装置に適用したものである。図６は、第３の実施の形態で説明した電子放出素子が適用された表示素子の一例を示す上面図とＡ−Ａ矢視断面図であり、図７は、この表示素子をマトリクス状に配置した表示装置の一例を示す図である。
【００７６】
表示素子５１は、入力画像信号に応じた画像を表示する。この表示素子５１は、基板５２、第１の電極５３、絶縁性膜５４、第２の電極５５、第３の電極５６、走査線５７、信号線５８、および、透明基板（図示せず）を備えて構成されている。基板５２は、ガラスからなる。第１の電極５３は、基板５２の上に形成され、電子を絶縁性膜５４へ注入し、Ａｌからなる。絶縁性膜５４は、第１の電極５３の上に形成され、ＳｉＯｘからなる。第２の電極５５は、第１の電極５３と同じく基板５２の上に形成され、第１の電極５３と並行に配置されており、Ａｕからなる。
【００７７】
第３の電極５６は、絶縁性膜５４の上に形成される。そして、第３の電極５６は、絶縁性膜５４の端部付近には形成されておらず、その面積は、絶縁性膜５４の面積より一回り小さい。このため、絶縁性膜５４には、上面が外部へ露出している露出部５９が形成される。第３の電極５６は、Ａｕからなる。ここで、基板５２、第１の電極５３、絶縁性膜５４、第２の電極５５、および、第３の電極５６は、第３の実施の形態にかかる電子放出素子の各部分に相当する。走査線５７と信号線５８とが交差する交差部６０には、配線間が短絡しないように走査線５７と信号線５８の間に絶縁層を積層する。絶縁層は絶縁性膜５４と同時に成膜、パターニングして形成してもよいし、別途成膜およびパターニングにより形成しても良い。
【００７８】
走査線５７および信号線５８は、図示しない処理部から入力画像信号に応じた信号を受信する。走査線５７はＡｌからなり、信号線５８はＡｕからなる。透明基板は、基板５２と一定距離離れて対向して配置されており、その表面には蛍光体が塗布されている。
【００７９】
このように構成されている表示素子５１が、図７の表示装置６１に入力画像信号に応じた画像を表示する仕組みは、以下の通りである。あらかじめ、第１の電極５３と透明基板との間に電圧を印加しておく。そして、走査線５７および信号線５８が入力画像信号に応じた信号を受信し、その信号により第２の電極５５および第３の電極５６から第１の電極５３の方向へ電圧が印加される。すると、電子が、第１の電極５３から絶縁性膜５４へ注入され、絶縁性膜５４内で第１の電極５３と第３の電極５６の間の電界で加速され、第３の電極５６と露出部５９から透明基板へ向かって放出される。そして、放出された電子が透明基板へ到達すると、電子が到達した部分にある蛍光体が発光する。表示装置６１には、表示素子５１がマトリクス状に配置されており、表示装置６１の各々の表示素子５１が入力画像信号に応じて発光することにより、表示装置６１が画像を表示する。
【００８０】
（作製例）
次に、表示素子５１の作製例について、図６を使用して説明する。洗浄したガラス基板５２上にＡｌを１００ｎｍスパッタリングで成膜し、通常のフォトリソグラフィ工程により走査線５７と、走査線５７に接続された第１の電極５３とを形成した。ここで、第１の電極５３の幅は２０ミクロン、間隔は２０ミクロンとした。続いて、ＳｉＯｘをスパッタ装置で３００ｎｍ成膜し、第１の電極５３を覆うようにパターニングし、絶縁性膜５３を形成した。次にＡｕをスパッタで１００ｎｍ成膜し、信号線５８、第２の電極５５、および、第３の電極５６をパターニングで形成した。ここで、第２の電極５５の幅は１０ミクロン、第３の電極５６の幅は１０ミクロンとした。
【００８１】
なお、第３の電極５６を貫通しての電子放出を活用する場合は、第３の電極５６の膜厚を１０ｎｍ以下にすることが望ましい。この場合、第３の電極５６と信号線５８とを同時に形成すると、信号線の抵抗が高くなるため好ましくないので、第３の電極５６の形成と信号線５８の形成とを別工程とし、信号線５８の膜厚を厚くして信号線５８の抵抗を下げるようにする。この時、第２の電極５５は、第３の電極５６の形成工程と信号線５８の形成工程のどちらの工程で形成されても構わない。
【００８２】
本条件で作製した表示素子５１を１×１０−５Ｔｏｒｒの真空下に設置し、第１の電極５３と透明基板の間に１ｋＶの加速電圧を印加した。そして、走査線５７および信号線５８に入力画像信号に応じた信号を送信すると、透明基板の蛍光体を発光させることができた。
【００８３】
このように、第４の実施の形態にかかる表示素子によれば、電子放出効率が高いので受信した入力画像信号の振幅値が小さくても、透明基板の蛍光体を発光させることができ、表示素子がマトリクス状に配置されている表示装置の消費電力を低下させることが可能となる。
【００８４】
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発明の電子放出素子を放電発光装置に適用したものである。図８は、第１の実施の形態で説明した電子放出素子が適用された放電発光装置の一例を示す側面断面図である。
【００８５】
放電発光装置７１は、ガラス管７２内に微量の水銀７３と不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）７４とを封入し、ガラス管７２の内壁には、紫外線により可視光を発生する蛍光体からなる蛍光膜７５をさらに形成している。そして、このガラス管７２の片端部に、電子放出素子１を備えている。放電開始時には、放電発光装置７１内の電子放出素子１に、引き出しリード７６を介して外部から直流電圧Ｖｓを印加し、第１の電極３と、第２の電極５および第３の電極６との間に電界を発生させ、第２の電極５、第３の電極６、下段露出部１０、および、上段露出部１１から加速された電子７７を放出させる。さらに、この電子７７が加速されてアルゴン７４の原子に衝突し、アルゴン７４はイオン化する。そして、封入された水銀７３は、電子７７やイオン化したアルゴン７４との衝突により励起され、紫外線７８を発生する。この紫外線７８が蛍光膜７５の蛍光体を励起し、放電発光装置７１から可視光７９が発生する。放電開始後は、電子放出素子１から電子を放出させる必要は無く、第２の電極５および第３の電極６と、対向電極（アノード電極）８０との間に直流電圧Ｖａを印加すれば放電は維持される。
【００８６】
また、イオン化したアルゴン７４は電子放出素子１の第２の電極５および第３の電極６に衝突し、第２の電極５および第３の電極６をスパッタする問題がある。従来構造では第２の電極５および第３の電極６の厚さが１０ｎｍ程度と薄く、放電中に第２の電極５および第３の電極６がスパッタ除去されてしまう。本発明の電子放出素子１は第２の電極５および第３の電極６の膜厚を厚くすることが可能であり、しかも第２の電極５および第３の電極６の膜厚の影響を受けにくいので、放電発光装置の寿命を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００８７】
なお、本実施の形態では、第２の電極および第３の電極と、対向電極（アノード電極）との間は、直流電圧が印加されているが、交流電圧が印加されてもよい。放電開始後は、電子放出素子から電子を放出させる必要は無く、第２の電極および第３の電極と、対向電極（アノード電極）との間に交流電圧を印加すれば放電は維持される。
【００８８】
このように、第５の実施の形態にかかる放電発光装置によれば、放電開始時に電子放出素子から電子を供給することが出来るので放電開始が容易になり、結果的に放電開始電圧を下げることができる。
【００８９】
さらに、第５の実施の形態にかかる放電発光装置によれば、電子放出素子の上部にある電極の膜厚を厚くすることが可能となり、放電により電極がスパッタ除去されてしまうことによる電子放出素子の電子放出効率の低下を防ぐことができるので、放電発光装置の寿命を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００９０】
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、本発明の電子放出素子をＸ線放射装置に適用したものである。図９は、第１の実施の形態で説明した電子放出素子が適用されたＸ線放射装置の一例を示す側面断面図である。
【００９１】
Ｘ線放射装置８１は、気密容器となる管体８２内に収束管８３と、電子放出素子１と、ターゲット８４と、陽極８５と、を備えている。管体８２は、放射窓８６を備えている。電子放出素子１は、収束管８３内に配置されている。ターゲット８４は、タングステンや銅などの金属を用いている。そして、電子放出素子１から真空中に放出された電子は、陽極８５による電界により加速して、ターゲット８４に衝突する。この衝突によりＸ線が発生する。発生したＸ線は、放射窓８６から管体８２外に放射される。
【００９２】
このように、第６の実施の形態にかかるＸ線放射装置によれば、電子放出効率が高い電子放出素子を使用しているので、Ｘ線放射装置の消費電力を低下させることが可能となる。
【００９３】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。各実施の形態では、絶縁性膜にＳｉＯｘを使用しているが、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）やＳｉＯ２（二酸化シリコン）、多結晶シリコン層を電解液中で電気化学的に酸化する工程で形成されたシリコンのナノ結晶層、または、導電性材料のナノ微粒子を含む絶縁層を使用してもよい。
【００９４】
また、各実施の形態では、第１の電極は金属であるが半導体でもよく、すなわち、上部電極を金属、下部電極を半導体としたＭＯＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型の電子放出素子に適用することも可能である。
【００９５】
また、第１〜３の実施の形態では、第１の電極と第２の電極の間に印加される電圧と、第１の電極と第３の電極の間に印加される電圧とは同じであるが、互いに異なる電圧を印加してもよく、同様の効果を実現することが可能である。
【００９６】
また、第１〜３の実施の形態では、第２の電極は開口部（上面露出部または露出部）における等電位面の広がりを抑制する目的で配置されたものであるから、その目的を損なわない範囲で、電位は自由に設定することができる。さらには、電子放出素子の駆動条件等に応じて第２の電極の電位を調節し、電子放出効率を制御することも可能である。
【００９７】
また、第４の実施の形態では、第３の実施の形態にかかる電子放出素子を表示装置に適用しているが、第１の実施の形態にかかる電子放出素子、または、第２の実施の形態にかかる電子放出素子を、表示装置に適用してもよい。
【００９８】
同様に、第５の実施の形態では、第１の実施の形態にかかる電子放出素子を放電発光装置に適用しているが、第２の実施の形態にかかる電子放出素子、または、第３の実施の形態にかかる電子放出素子を、放電発光装置に適用してもよい。
【００９９】
同様に、第６の実施の形態では、第１の実施の形態にかかる電子放出素子をＸ線放射装置に適用しているが、第２の実施の形態にかかる電子放出素子、または、第３の実施の形態にかかる電子放出素子を、Ｘ線放射装置に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、第１の電極から注入された電子が絶縁性膜中で高電界により加速されて第２の電極あるいは絶縁性膜表面から放出される型の電子源全般と、この電子源を使用する全ての装置に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第１の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【図２】比較例の電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【図３】電子放出素子の形状と電界強度の関係を表す図面である。
【図４】第２の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる電子放出素子の上面図と側面断面図である。
【図６】第３の実施の形態で説明した電子放出素子が適用された表示素子の一例を示す上面図とＡ−Ａ矢視断面図である。
【図７】表示素子をマトリクス状に配置した表示装置の一例を示す図である。
【図８】第１の実施の形態で説明した電子放出素子が適用された放電発光装置の一例を示す側面断面図である。
【図９】第１の実施の形態で説明した電子放出素子が適用されたＸ線放射装置の一例を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１、２１、３１、４１ 電子放出素子
２、２２、５２ 基板
３、２３、３３、４３、５３ 第１の電極
４、２４、３４、４４、５４ 絶縁性膜
５、２５、４５、５５ 第２の電極
６、４６、５６ 第３の電極
７ 段差部
８ 下段側平面部
９ 上段側平面部
１０ 下段露出部
１１ 上段露出部
１２ 電源
２６、４７、５９ 露出部
２７ 等電位面
５１ 表示素子
５７ 走査線
５８ 信号線
６０ 交差部
６１ 表示装置
７１ 放電発光装置
７２ ガラス管
７３ 水銀
７４ アルゴン
７５ 蛍光膜
７６ 引き出しリード
７７ 電子
７８ 紫外線
７９ 可視光
８０ 対向電極
８１ Ｘ線放射装置
８２ 管体
８３ 収束管
８４ ターゲット
８５ 陽極
８６ 放射窓
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、
前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、
前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、
を特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記第１の電極は、少なくとも一つの開口部を備え、
前記開口部は、前記絶縁性膜の下面における前記第２の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における前記第３の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における位置であって前記第１の面の前記第２の電極が設けられていない部分に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項２または３に記載の電子放出素子。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、
前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、
前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、
を特徴とする電子放出素子。
【請求項６】
前記絶縁性膜は、酸化シリコン、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、多結晶シリコン層を電解液中で電気化学的に酸化する工程で形成されたシリコンのナノ結晶、または、導電性材料のナノ微粒子を含む絶縁層のいずれかであること、
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子放出素子。
【請求項７】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子に入力画像信号を伝達する走査線および信号線と、
前記電子放出素子と一定距離離れた場所に対向して配置され、その表面に蛍光体が設けられた透明基板と、
を備え、
前記電子放出素子は、
第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、
前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、
前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、
を特徴とする表示装置。
【請求項８】
前記第１の電極は、少なくとも一つの開口部を備え、
前記開口部は、前記絶縁性膜の下面における前記第２の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における前記第３の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における位置であって前記第１の面の前記第２の電極が設けられていない部分に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項８または９に記載の表示装置。
【請求項１１】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子に入力画像信号を伝達する走査線および信号線と、
前記電子放出素子と一定距離離れた場所に対向して配置され、その表面に蛍光体が設けられた透明基板と、
を備え、
前記電子放出素子は、
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、
前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、
前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、
を特徴とする表示装置。
【請求項１２】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子を内部に備え、蛍光体が内壁に形成された外囲器と、
前記外囲器に封入された不活性の気体と、
を備え、
前記電子放出素子は、
第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、
前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、
前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、
を特徴とする放電発光装置。
【請求項１３】
前記第１の電極は、少なくとも一つの開口部を備え、
前記開口部は、前記絶縁性膜の下面における前記第２の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１２に記載の放電発光装置。
【請求項１４】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における前記第３の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１３に記載の放電発光装置。
【請求項１５】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における位置であって前記第１の面の前記第２の電極が設けられていない部分に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１３または１４に記載の放電発光装置。
【請求項１６】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子を内部に備え、蛍光体が内壁に形成された外囲器と、
前記外囲器に封入された不活性の気体と、
を備え、
前記電子放出素子は、
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、
前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、
前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、
を特徴とする放電発光装置。
【請求項１７】
気密容器と、
電子を放出する電子放出素子と
前記電子放出素子との間に電圧を印加し、前記電子を加速してターゲットに衝突させる陽極と、
を備え、
前記電子放出素子は、
第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、
前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、
前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、
を特徴とするＸ線放出装置。
【請求項１８】
前記第１の電極は、少なくとも一つの開口部を備え、
前記開口部は、前記絶縁性膜の下面における前記第２の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１７に記載のＸ線放出装置。
【請求項１９】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における前記第３の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１８に記載のＸ線放出装置。
【請求項２０】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における位置であって前記第１の面の前記第２の電極が設けられていない部分に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１８または１９に記載のＸ線放出装置。
【請求項２１】
気密容器と、
電子を放出する電子放出素子と
前記電子放出素子との間に電圧を印加し、前記電子を加速してターゲットに衝突させる陽極と、
を備え、
前記電子放出素子は、
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、
前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、
前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、
を特徴とするＸ線放出装置。
【請求項１】
第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、
前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、
前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、
を特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記第１の電極は、少なくとも一つの開口部を備え、
前記開口部は、前記絶縁性膜の下面における前記第２の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における前記第３の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における位置であって前記第１の面の前記第２の電極が設けられていない部分に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項２または３に記載の電子放出素子。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、
前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、
前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、
を特徴とする電子放出素子。
【請求項６】
前記絶縁性膜は、酸化シリコン、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、多結晶シリコン層を電解液中で電気化学的に酸化する工程で形成されたシリコンのナノ結晶、または、導電性材料のナノ微粒子を含む絶縁層のいずれかであること、
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子放出素子。
【請求項７】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子に入力画像信号を伝達する走査線および信号線と、
前記電子放出素子と一定距離離れた場所に対向して配置され、その表面に蛍光体が設けられた透明基板と、
を備え、
前記電子放出素子は、
第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、
前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、
前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、
を特徴とする表示装置。
【請求項８】
前記第１の電極は、少なくとも一つの開口部を備え、
前記開口部は、前記絶縁性膜の下面における前記第２の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における前記第３の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における位置であって前記第１の面の前記第２の電極が設けられていない部分に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項８または９に記載の表示装置。
【請求項１１】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子に入力画像信号を伝達する走査線および信号線と、
前記電子放出素子と一定距離離れた場所に対向して配置され、その表面に蛍光体が設けられた透明基板と、
を備え、
前記電子放出素子は、
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、
前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、
前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、
を特徴とする表示装置。
【請求項１２】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子を内部に備え、蛍光体が内壁に形成された外囲器と、
前記外囲器に封入された不活性の気体と、
を備え、
前記電子放出素子は、
第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、
前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、
前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、
を特徴とする放電発光装置。
【請求項１３】
前記第１の電極は、少なくとも一つの開口部を備え、
前記開口部は、前記絶縁性膜の下面における前記第２の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１２に記載の放電発光装置。
【請求項１４】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における前記第３の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１３に記載の放電発光装置。
【請求項１５】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における位置であって前記第１の面の前記第２の電極が設けられていない部分に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１３または１４に記載の放電発光装置。
【請求項１６】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子を内部に備え、蛍光体が内壁に形成された外囲器と、
前記外囲器に封入された不活性の気体と、
を備え、
前記電子放出素子は、
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、
前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、
前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、
を特徴とする放電発光装置。
【請求項１７】
気密容器と、
電子を放出する電子放出素子と
前記電子放出素子との間に電圧を印加し、前記電子を加速してターゲットに衝突させる陽極と、
を備え、
前記電子放出素子は、
第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、その上面側に少なくとも一つの段差部を備え、前記段差部の下段部に第１の面と、前記段差部の上段部に第２の面とを備える絶縁性膜と、
前記第１の面に、前記段差部と離隔して設けられた第２の電極と、
前記第２の面に、前記段差部と離隔して設けられた第３の電極と、を備えること、
を特徴とするＸ線放出装置。
【請求項１８】
前記第１の電極は、少なくとも一つの開口部を備え、
前記開口部は、前記絶縁性膜の下面における前記第２の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１７に記載のＸ線放出装置。
【請求項１９】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における前記第３の電極に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１８に記載のＸ線放出装置。
【請求項２０】
前記開口部は、さらに前記絶縁性膜の下面における位置であって前記第１の面の前記第２の電極が設けられていない部分に対向する位置に設けられていること、
を特徴とする請求項１８または１９に記載のＸ線放出装置。
【請求項２１】
気密容器と、
電子を放出する電子放出素子と
前記電子放出素子との間に電圧を印加し、前記電子を加速してターゲットに衝突させる陽極と、
を備え、
前記電子放出素子は、
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上の前記第１の電極と異なる領域に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた絶縁性膜と、
前記絶縁性膜上に設けられた第３の電極とを備え、
前記第３の電極が、前記絶縁性膜の上面の端部より内側にあり、前記端部の前記絶縁性膜の上面が露出していること、
を特徴とするＸ線放出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２４３７３９（Ｐ２００８−２４３７３９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８５９８２（Ｐ２００７−８５９８２）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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