電子放出素子、電子放出装置およびそれを用いた電子源並びに画像表示装置および情報表示再生装置
【課題】 電子放出効率を向上する。
【解決手段】 第１導電性膜と第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、第１導電性膜から電子を放出させた際に、第１導電性膜の電子が放出する部分と、第１導電性膜の電子が放出する部分から最短距離に位置する第２導電性膜の部分とを通る断面であって、第１導電性膜の電子が放出する部分の近傍において、０．５Ｖｆ［Ｖ］の等電位線を、第２導電性膜側よりも第１導電性膜側に傾ける。
【解決手段】 第１導電性膜と第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、第１導電性膜から電子を放出させた際に、第１導電性膜の電子が放出する部分と、第１導電性膜の電子が放出する部分から最短距離に位置する第２導電性膜の部分とを通る断面であって、第１導電性膜の電子が放出する部分の近傍において、０．５Ｖｆ［Ｖ］の等電位線を、第２導電性膜側よりも第１導電性膜側に傾ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出素子、電子放出装置及び該電子放出素子を用いた電子源並びに画像表示装置に関する。また、本発明は、テレビジョン放送などの放送信号を受信し、放送信号に含まれる映像情報、文字情報、音声情報を、表示および再生するテレビジョンなどの情報表示再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子放出装置には、電界放出型や表面伝導型などの電子放出素子を用いた電子放出装置がある。表面伝導型電子放出素子は、特許文献１〜３に開示されているように、「活性化」工程と呼ばれる処理を施す場合がある。「活性化」工程とは、一対の導電性膜の間隙内および間隙近傍の導電性膜上にカーボン膜を形成する工程である。図２１は、特許文献３に開示された電子放出素子の断面模式図である。同図において１は基板、４ａ、４ｂは導電性膜、７は第１の間隙、８は第２の間隙、２１ａ、２１ｂはカーボン膜、２２は基板１に形成された凹部である。
【０００３】
このような電子放出素子を複数個配列した電子源を備えた基板と、蛍光体等からなる発光体膜を備えた基板とを対向させて内部を真空に維持することで画像表示装置を構成することができる。
【特許文献１】特開２０００−２５１６４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２５１６４３号公報
【特許文献３】特開２０００−２３１８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年の画像表示装置においては、より明るい表示画像を長期に渡って安定して提供できることが求められている。そのため、より高く、より安定した電子放出効率を実現する電子放出素子が望まれている。ここで、電子放出効率とは、上記一対の導電性膜間に電圧を印加したときに、上記一対の導電性膜間に流れる電流（以下、素子電流Ｉｆと呼ぶ）に対する真空中に放出される電流（以下、放出電流Ｉｅと呼ぶ）との電流比を指す。つまり、素子電流Ｉｆはできるだけ小さく、放出電流Ｉｅはできるだけ大きいことが電子放出素子に望まれている。高い電子放出効率を長時間にわたり安定に制御することができれば、前述の画像表示装置においては、低電力で明るい高品位な画像表示装置（例えばフラットテレビ）が実現できる。
【０００５】
従って、本発明は、電子放出効率が高く、良好な電子放出特性を長時間にわたり実現する電子放出素子、及びそれを用いた電子源並びに画像表示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】
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであって、各々の端部が間隔を置いて対向した、第１導電性膜と第２導電性膜とを備える電子放出素子であって、前記第２導電性膜の端部は、第１の部分と、該第１の部分がその間に配置され且つ前記第１の部分における前記第２導電性膜の膜厚よりも厚い、第２の部分と第３の部分とを備えており、前記第１導電性膜の端部であって、前記第１の部分に対向する部分の膜厚が、前記第２の部分および第３の部分の膜厚よりも小さい、ことをもその特徴とする。
【０００７】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１の部分に対向する部分における前記第１導電性膜の膜厚が、前記第２導電性膜の前記第１の部分の膜厚以上であることをも特徴とする。
【０００８】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１導電性膜の端部は、前記第１の部分と対向する部分を間に挟む第４の部分と第５の部分とを備えており、前記第１導電性膜の端部であって、前記第１の部分に対向する部分と、前記第２導電性膜の端部との距離が、前記第４部分および前記第５部分と前記第２導電膜の端部との間隔（最短距離）よりも小さい、ことをも特徴とする。
【０００９】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、前記第２および第３の部分における前記第２導電性膜の膜厚と、前記第１の部分の膜厚との差が２ｄ以上２００ｄ以下に設定される、ことをも特徴とする。
【００１０】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、前記第２の部分と第３の部分との間隔が、２ｄ以上５０ｄ以下であることをも特徴とする。
【００１１】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離（最短距離）をｄとした時に、前記第２導電性膜の前記第１の部分と、前記第１導電性膜の端部であって前記第１の部分と対向する部分とが対向する方向における、前記第２及び第３の部分の膜厚が、２００ｄ以下であることをも特徴とする。
【００１２】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第２導電性膜の前記第１の部分と前記第１の部分に対向する部分との最短距離が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることをも特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、間隔を置いて配置された第１導電性膜と第２導電性膜とを備え、前記第１導電性膜の電子放出部に対向する前記第２導電性膜の部分の膜厚が、前記第１導電性膜の前記電子放出部における膜厚以下である電子放出素子において、
前記第１導電性膜の電位よりも前記第２導電性膜の電位が高くなる様に、前記第１導電性膜と前記第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、前記電子放出部から電子を放出させた際に、
前記電子放出部と前記電子放出部に対向する前記第２導電性膜の部分とを通る断面内の前記電子放出部近傍において、０．５Ｖｆ［Ｖ］の等電位線が、前記第２導電性膜側よりも前記第１導電性膜側に傾いていることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１導電性膜および前記第２導電性膜が、カーボン膜であることをも特徴とする。
【００１５】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１導電性膜と前記第２導電性膜との間において、前記基体表面は凹部を有することをも特徴とする。
【００１６】
本発明は、また、複数の上記本発明の電子放出素子を備える電子源、および、上記電子源と発光体とを有する画像表示装置をも、その特徴とするものである。
【００１７】
本発明は、また、受信した放送信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを出力する受信器と、該受信器に接続された上記画像表示装置とを少なくとも備える情報表示再生装置をも、その特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明は、基体表面上に間隔を置いて配置された第１導電性膜と第２導電性膜とを備える電子放出素子と、前記基体表面から距離Ｈ［ｍ］離れて配置されたアノード電極とを具備しており、前記第１導電性膜の電位よりも前記アノード電極の電位が高くなるように前記アノード電極と前記第１導電性膜との間に電圧Ｖａ［Ｖ］を印加すると共に、前記第１導電性膜の電位よりも前記第２導電性膜の電位が高くなるように、前記第１導電性膜と第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、前記第１導電性膜から電子を放出させる電子放出装置であって、
前記駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加した際の、前記第１導電性膜の電子放出部から最短距離ｄに位置する前記第２導電性膜の第１の部分の膜厚が、前記第１導電性膜の前記電子放出部の膜厚以下であり、
前記最短距離ｄが（Ｖｆ×Ｈ）／（π×Ｖａ）よりも小さく、
前記第２導電性膜が、前記第１の部分を間に置く、第２の部分と第３の部分とを備えており、
前記第２の部分および第３の部分における前記第２導電性膜の膜厚が、いずれも、前記第１の部分の膜厚よりも厚い、ことを特徴とする電子放出装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電子放出効率が飛躍的に向上した電子放出素子、電子放出装置を提供することができる。その結果、長期に渡り表示品位に優れた画像表示装置や情報表示再生装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明の電子放出装置によれば、前記第１導電膜の電子放出部近傍における、前記第１、第２導電膜間に印加した電圧の１／２の電圧（０．５Ｖｆ）に相当する等電位面が、前記第１導電膜側に寄っていることで、電子放出部から出射された電子の軌道が変化し、結果としてアノードに到達する放出電流Ｉｅが増加する（効率が増加する）。例えば、前記第１導電膜の端部であって前記第１の部分と対向する部分より前記第２および第３の部分の高さが高いために、該第２および第３の部分の形状に起因して発生する電界により、印加した電圧の１／２の電圧に相当する等電位面を、前記第１導電膜側に寄らせる（傾ける）ことができる。結果としてアノードに到達する放出電流Ｉｅが増加する（効率が増加する）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施形態について述べる。まず、本発明にかかわる電子放出素子の基本的な構成の一例について図１を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の電子放出素子の一部分における斜視模式図である。本発明の電子放出素子においては、図１に示す様な構造を複数含む場合もあるし、また、複数含むことが好ましい。
【００２３】
図１において、１は基板、２１ａは第１導電性膜、２１ｂは第２導電性膜、８は第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間の間隙である。また、３３、３５、３６、３７、３８はそれぞれ上記第１および第２導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の一部分を示している。ＡおよびＢは、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が周囲に比べてより狭くなっている（周囲に比べてより電界が強くなっている）部分において対向する、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂのそれぞれの端部を指している。典型的には、第１導電性膜２１ａの部分Ａは電子放出部と言うことができる。そして、第２導電性膜２１ｂの部分Ｂは、前記部分Ａの最も近くに位置する第２導電性膜２１ｂの部分と言うことができる。そして、この部分Ａと部分Ｂとの間隔が、“ｄ”で定義される。
【００２４】
従って、第１導電性膜２１ａの第４の部分３７と第２導電性膜の第２の部分３５との間隔、および、第１導電性膜の第５の部分３８と第２導電性膜の第３の部分３６との間隔よりも、第２導電性膜２１ｂの第１の部分３３（部分Ｂに相当する）とそれに対向する第１導電性膜２１ａの部分Ａとの間隔ｄが小さい。
【００２５】
そして、第１の部分３３（部分Ｂに相当する）における、第２導電性膜２１ｂの膜厚が、第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５および第３の部分３６における膜厚未満に設定される。このため、第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５および第３の部分３６は、第２導電性膜２１ｂのその他の部分に比べて、基板１の表面から離れているので、「突起部」と呼ぶこともできる。
【００２６】
従って、第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５および第３の部分３６の表面の基板１からの高さと、第１の部分３３（部分Ｂ）の表面の基板１からの高さとには、差分“ｈ”（「突起部の高さ“ｈ”」と呼ぶ事もできる）が存在する。
【００２７】
そして、また、第２導電性膜２１ｂには、少なくとも２つの「突起部」が存在し、この２つの「突起部」間の間隔“ｗ”が存在する。また、突起部の間隔”ｗ”は、実効的には、各々の突起部において最も基板１表面から離れた部分（頂部）同士の間隔として定義することができる。
【００２８】
そして、上記突起部の間隔ｗは、実効的には、２ｄ以上５０ｄ以下に設定されることが好ましい。この範囲であると、高い放出電流Ｉｅおよび電子放出効率が得られる。
【００２９】
また、上記突起部の高さ”ｈ”は、実効的には、一方の突起部の最も基板１表面から離れた部分（頂部）と基板１表面との最短距離から、部分Ｂと基板１表面との最短距離を引いた値として定義することができる。そして、「突起部」の高さｈは、実効的には、２ｄ以上２００ｄ以下に設定されることが好ましい。この範囲であると、高い放出電流Ｉｅおよび電子放出効率が得られる。尚、突起部３５と突起部３６との高さが異なる場合においては、上記条件を高さの低い方の突起部が満たせばよい。
【００３０】
尚、後述するように、本発明の電子放出素子は、さらに、第１導電性膜２１ａに電位を供給するために第１導電性膜２１ａに接続した第１電極、および、第２導電性膜２１ｂに電位を供給するために第２導電性膜２１ｂに接続した第２電極を備える場合もある。
【００３１】
また、本発明の電子放出素子においては、間隙８の外縁の一部を部分Ａと部分Ｂが構成していると言える。また、第１導電性膜２１ａの第４の部分３７、第１導電性膜２１ａの第５の部分３８、第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５、第２導電性膜２１ｂの第３の部分３６もまた間隙８の外縁を構成していると言える。
【００３２】
上記本発明の電子放出素子を駆動する際には、例えば図６に概略構成図を示すように、電子放出素子（２１ａ、２１ｂ、４ａ、４ｂ）はアノード電極４４に対向して配置され、真空中で駆動される。このように電子放出素子の上方に距離Ｈ［ｍ］離れてアノード電極４４を配置することにより、電子放出装置が構成される。そして、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に、第２導電性膜２１ｂの電位の方が高くなるように、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加する。それと同時に、アノード電極４４の電位が第１および第２導電性膜の電位よりも（典型的には第１導電性膜２１ａの電位より）高くなるように、アノード電極４４と第１導電性膜２１ａとの間に電圧Ｖａ［Ｖ］を印加する。このようにすることで、第１導電性膜２１ａの端部と第２導電性膜２１ｂの端部との間（間隙８）に電界が発生する。間隙８に発生する電界の強度を、電子のトンネリングに十分な電界強度に設定することで、第２導電性膜２１ｂの端部により近く配置された第１導電性膜２１ａの端部（図１の部分Ａ）から優先的に電子がトンネルする。そして、トンネルした電子の少なくとも一部がアノード電極４４に到達する。
【００３３】
ここで、本発明の電子放出素子の駆動時（電子放出時）に用いられる電界強度（第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加される電界強度）は、実効的には、１×１０９Ｖ／ｍ以上２×１０１０Ｖ／ｍ未満である。これより小さい電界強度では、トンネルする電子が著しく少なくなり、これより大きい電界強度では、第１導電性膜２１ａおよび／または第２導電性膜２１ｂが強電界によって変形してしまうなどの原因で安定な電子放出が得られない場合が多い。
【００３４】
図１に示す第２の部分３５および第３の部分３６を備えていない電子放出素子に比べ、図１に示す電子放出素子は、第２導電性膜２１ｂに吸収される電子を減らすことができる。その結果、電子放出効率（アノードに到達する電流（Ｉｅ）／第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる電流（Ｉｆ））を飛躍的に向上することができる。この理由としては、部分Ａから第１の部分Ｂに向けてトンネルした電子（部分Ｂ近傍で散乱される電子を含む）が、第２の部分３５および第３の部分３６の形状に起因する電界によって、基板１の表面から離れる方向に向かう作用を強く受けることが挙げられる。
【００３５】
図２（ａ）には、図１における第２導電性膜２１ｂの第１の部分Ｂとそれに対向する第１導電性膜２１ａの部分Ａとを通り、基板１表面に垂直な断面における等電位線の様子を模式的に示している。そのため、図２（ａ）は、本発明の電子放出素子の電子放出部を含む断面における等電位線の様子を模式的に示していると言うこともできる。
【００３６】
そして、図２（ｃ）には、図１における第１導電性膜２１ａの第４の部分３７と第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５を通り、基板１表面に垂直な断面における等電位線の様子を模式的に示している。
【００３７】
尚、図２（ｃ）における「電子放出方向」と記されている実線の矢印は、後述する説明のために、図２（ｃ）に示す断面図内に、図２（ａ）で「電子放出方向」と記した矢印と平行な矢印を追加して示したものである。そのため、図２（ｃ）の断面内に存在する第１導電性膜２１ａの部分（３７、３８）から、矢印の方向に電子が放出されることを意味するものではない。
【００３８】
また、図２（ｃ）において点線で示されている矢印は、上記実線で示されている矢印の延長を示している。そして、第２導電性膜２１ｂとこの点線の矢印とが交差する（重なる）長さが、「電子放出が出射される方向に存在する第２導電性膜２１ｂの膜厚」に相当する（後述する実施例においては、「第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚」に相当する）。
【００３９】
尚、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の厚みは非常に薄いので、上記「電子放出が出射される方向に存在する第２導電性膜２１ｂの膜厚」は、実質的に、図１に符号“Ｄ”で示している「突起部」３６、３７の「奥行き」と置き変えて差し支えない。
【００４０】
あるいは、また、基板１表面から離れるに連れて、「突起部」３５、３６の「奥行き」が細くなっているような場合等においては、上記「電子放出が出射される方向に存在する第２導電性膜２１ｂの膜厚」あるいは上記「突起部」３５、３６の「奥行き」は、「基板１表面から最も離れた「突起部」（３５または３６）の頂部（先端）を含む基板１表面に平行な第１平面と第１導電性膜２１ａの部分Ａを含む基板１表面に平行な第２平面との間に位置する、基板１表面に平行な第３平面内の、基板１表面において前記第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが向かい合う方向における、前記第２導電性膜２１ｂの長さ」に置き換えることができる。尚、突起部３５と突起部３６との高さが異なる場合においては、上記第１平面の決定方法は、高さの低い方の突起部に対して適用すればよい。
【００４１】
また、上記第３平面は、第１平面と第２平面との間の中央（第１平面及び第２平面の双方に対して等距離）に設定することが好ましい。また、後述するように、本発明の電子放出素子が、後述する第１電極４ａと第２電極４ｂ（或いは第１補助電極２と第２補助電極３）を備える場合には、上記「前記第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが基板１表面において向かい合う方向」は、第１電極４ａと第２電極４ｂとが向かい合う方向（或いは第１補助電極２と第２補助電極３とが向かい合う方向）に置き換えることができる。
【００４２】
そして、上記“Ｄ”は、図１の部分Ａと部分Ｂとの間の距離をｄとすると、実効的には、２００ｄ以下に設定されることが好ましい。そして、「突起部」３５、３６の構造的および電位的な安定性の観点からは、実用上、上記“Ｄ”は５ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４３】
尚、図２（ａ）および図２（ｃ）は、第１導電性膜２１ａの電位よりも第２導電性膜２１ｂの電位が高くなるように、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を第２導電性膜２１ｂと第１導電性膜２１ａとの間に印加した際に形成される等電位線の様子を示している。
【００４４】
また図２（ｂ）には、上記した第２の部分３５と第３の部分３６が存在せず、間隙８を挟んで対向する部分における第１導電性膜２１ａの膜厚と第２導電性膜２１ｂの膜厚がいずれの場所においてもほぼ同じである電子放出素子の、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとを通り、基板１表面に垂直な断面における等電位線の様子を模式的に示している。尚、図２（ｂ）では、図２（ａ）および図２（ｃ）と同様に、第１導電性膜２１ａの電位よりも第２導電性膜２１ｂの電位が高くなるように、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を第２導電性膜２１ｂと第１導電性膜２１ａとの間に印加した際に形成される等電位線の様子を示している。
【００４５】
尚、図２（ａ）〜（ｃ）は、例えば、図６に示す様な、電子放出素子の上方にアノード電極４４を配置しない状態、あるいは、電子放出素子の上方に距離Ｈ［ｍ］離れてアノード電極が配置されてはいるがアノード電極と第１導電性膜２１ａとの間の電位差がない状態において、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を第２導電性膜２１ｂと第１導電性膜２１ａとの間に印加した際に形成される等電位線の様子を示したものである。即ち、図２（ａ）〜（ｃ）は、アノード電極の電位による間隙８近傍の等電位線への影響が実質的に無視できる状況下において、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を第２導電性膜２１ｂと第１導電性膜２１ａとの間に印加した際に形成される等電位線の様子を示している。
【００４６】
図６に示す様な電子放出装置や後述する画像表示装置においては、電子放出素子の上方に距離Ｈ［ｍ］離れて配置されたアノード電極４４に、後述する範囲の電圧Ｖａ［Ｖ］を印加した状態で、電子放出素子に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加する。そのため、より正確に記すと、電子放出装置や後述する画像表示装置の駆動時においては、電子放出部近傍から離れた領域における等電位線の形態は、アノード電極４４の電位の影響を受けて、図２（ａ）〜（ｃ）に示した様子とは異なる。
【００４７】
しかしがら、電子放出装置や後述する画像表示装置においてアノード電極４４と電子放出素子との間に形成される電界強度は、典型的には、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に形成される（間隙８に印加される）電界強度の１／１０以下である。そのため、電子放出部近傍（間隙８近傍）においては、アノード電極４４の電位をほとんど受けず、図２（ａ）〜（ｃ）に示した等電位線と基本的に同様の形態となる。尚、ここで述べる電子放出部近傍とは、実効的には、図１の部分Ａと部分Ｂとの間の距離をｄとすると、第１導電性膜２１ａの部分Ｂを中心にした、半径が５０ｄの範囲内と定義することができる。また、上記Ｈ［ｍ］は、アノード電極４４と電子放出素子との距離であり、実効的には、電子放出素子が配置される基板１の表面からアノード電極４４までの距離と同等と見なすことができる。
【００４８】
また、図２（ａ）〜（ｃ）においては、第１導電性膜２１ａに電位を供給するために第１導電性膜２１ａに接続する第１電極４ａと、第２導電性膜２１ｂに電位を供給するために第２導電性膜２１ｂに接続する第２電極４ｂとを設けた場合を示している。また、ここでは、第１および第２電極４ａ、４ｂは、それぞれ一つの導電体で構成した例を示している。しかしながら、各々の電極４ａ、４ｂを、複数の導電性膜を接続することで構成された電極に置き換えることも出来る。また、さらに、第１電極４ａに接続する第１補助電極、および、第２電極４ｂに接続する第２補助電極を備えることもできる。
【００４９】
本発明の電子放出素子においては、図２（ａ）に示す様に、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に駆動電圧を印加した際に、当該駆動電圧（電位差）の半分の電圧（電位差）における等電位線（図２（ａ）中の「１／２等電位線」で表示）が、第１導電性膜２１ａ側に傾く（「第１導電性膜２１ａ側に偏っている」あるいは「第１導電性膜２１ａ側に偏在する」と言う事もできる）。このため、第１導電性膜２１ａ側から放出された電子は、上向き（基板１から離れる方向）に力を受け、第２導電性膜２１ｂ側に吸収される電子の量を減らすことができる（アノードに到達する電子の量をふやすことができる）。
【００５０】
一方、上記した第２の部分３５と第３の部分３６が存在しない電子放出素子の場合には、図２（ｂ）に示す様に、「１／２等電位線」は、第１導電性膜と第２導電性膜のほぼ中間に位置する（基板１の表面に対しほぼ垂直な線となる）。そのため、図２（ａ）に示した構造の電子放出素子に比べて、第２導電性膜２１ｂ側に吸収される電子の量が多くなる。
【００５１】
また、本発明の電子放出素子は、前述したように、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が周囲に比べてより狭くなっている部分（図１の部分Ａと部分Ｂ）において、第１導電性膜２１ｂの膜厚（部分Ｂにおける膜厚）は、第２導電性膜２１ａの膜厚（部分Ａにおける膜厚）以下（好ましくは部分Ａにおける膜厚よりも小さい）に設定されることが好ましい。
【００５２】
この様にすれば、優先的に電子が放出されるであろう部分（図１の部分Ａに相当する）から放出された電子（トンネルした電子）が、第２導電性膜２１ｂ側に衝突する（吸収される）可能性をさらに低減することができる。その結果、一層の電子放出効率の向上を達成することができる。尚、図２１に示した従来の電子放出素子においては、間隙８の外縁を形成する第１導電性膜２１ａの端部（本発明の電子放出素子の部分Ａに相当する）の膜厚よりも、間隙８の外縁を形成する第２導電性膜２１ｂの端部（本発明の電子放出素子の部分Ｂに相当する）の膜厚が大きく設定されているように見える。そのため、第１導電性膜２１ａ側から放出された電子のうち、第２導電性膜２１ｂ側に吸収されたり散乱されたりすることで無効電流（素子電流Ｉｆ）になってしまう成分が、本発明の電子放出素子よりも多くなると推測される。また、本発明の電子放出素子においては、図１の部分Ａと部分Ｂとの間の距離ｄは、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂの材料などにもよるが、好ましくは５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以下であり、特に好ましくは５ｎｍ以下である。また、距離ｄの下限は、電子放出のＯＮおよびＯＦＦの制御、ならびに電子放出量の制御性を確保する上で、１ｎｍ以上とすることが好ましい。また、駆動電圧Ｖｆを高くすると、間隙８周辺において、基板１表面の沿面放電現象が発生しやすくなる。特に、上記距離ｄの範囲においては、５０Ｖを超える電圧を駆動電圧とすると、放電現象などに起因する電子放出素子へのダメージが無視できなくなる。従って、上記距離ｄの範囲においては、実用的な駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］としては１０Ｖ以上５０Ｖ以下が好ましい。尚、上記距離ｄおよび駆動電圧Ｖｆの値は、前述した電界強度の範囲を満たすことが求められる。
【００５３】
また、本発明の電子放出素子を駆動する際には、例えば図６に概略構成を示すように電子放出素子はアノード電極４４に対向して配置され、真空中で駆動される。このように電子放出素子の上方にアノード電極４４を配置することにより、電子放出装置が構成される。図６において、１は基板、２１ａおよび２１ｂは前述した第１および第２導電性膜である。また、４１は駆動電圧Ｖｆを印加するための電源、４０は第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、４４はアノード電極、４３はアノード電極４４に電圧Ｖａを印加するための高圧電源、４２は放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。また、電子放出素子及びアノード電極４４は真空装置内に設置される。尚、ここでは、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂに安定に電位を供給するために、第１導電性膜２１ａに接続する第１電極４ａと第２導電性膜２１ｂに接続する第２電極４ｂを用いた例を示した。しかしながら、これらの電極４ａ、４ｂは本発明の電子放出素子にとって必須の構成要件ではない。
【００５４】
図６における基板１と、基板１から離れて配置されたアノード電極４４との距離をＨ［ｍ］、アノード電極４４に印加される電圧（典型的には第１導電性膜２１ａの電位とアノードの電位との差）Ｖａ［Ｖ］、駆動時に第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加する電圧をＶｆ［Ｖ］とした場合に、図１の部分Ａと部分Ｂとの間の距離ｄ［ｍ］を、Ｘｓ＝（Ｖｆ×Ｈ）／（π×Ｖａ）より大きく設定すると、上記した第２の部分３５と第３の部分３６の電位による効果が弱くなる場合がある。そのため、ｄはＸｓ以下であることが好ましい。また、Ｈは、実用的には、１００μｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。また、Ｖａは１ｋＶ以上３０ｋＶ以下、好ましくは７ｋＶ以上２０ｋＶ以下に設定される。そのため、本発明においては、図１の部分Ａと部分Ｂとの間における電界強度（第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加する電界強度と同義）の方が、アノード電極４４と第１導電性膜２１ａとの間における電界強度よりも高い状態で、電子が放出される。より安定な電子放出を実現するためには、好ましくは、部分Ａと部分Ｂとの間における電界強度に比べ、アノード電極４４と第１導電性膜２１ａとの間における電界強度が２桁以上低いことが好ましい。
【００５５】
なお、図１では、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂは、基板１表面に平行な方向において対向し、間隙８を境にして完全に分離された状態が示されている。しかしながら、本発明においては、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが、その一部でつながっている場合もある。つまり、１つの導電性膜の一部に間隙８が形成されている形態であっても良い。即ち、完全に分離されていることが理想ではあるが、微少な領域で、前記第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが繋がっていても、充分な電子放出特性を示しさえすれば良い。
【００５６】
基板１としては、石英ガラス、青板ガラス、あるいは、青板ガラス等にスパッタ法等公知の成膜方法により形成した酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ２）を積層したガラス基板等が挙げられる。この様に、本発明では、基板として、酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ２）を含んだ材料が好ましく用いられる。
【００５７】
第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂとしては、Ｎｉ、Ａｕ、ＰｄＯ、Ｐｄ、Ｐｔ、炭素等からなる導電性膜であれば良い。特には、高い電子放出量、経時的な安定性などの観点から炭素を含む膜（カーボン膜）であることが好ましい。さらには、実用的な範囲としては炭素を７０ａｔｍ％以上含む膜が好ましい。
【００５８】
また、本発明の電子放出素子においては、図３を用いて後述するように、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間（間隙８）において、基板１表面に凹部を備えることが好ましい。このように凹部を備えることで、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる無効な電流を抑制することができる。そして、基板１表面を介した第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間の放電の発生を抑制することができる。
【００５９】
また、本発明の電子放出素子においては、図３を用いて後述するように、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの基板１表面における間隔よりも、基板１表面から上方に離れた位置における第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が狭くなっている構成であることが好ましい。この様な構成を採用することで、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる無効な電流をさらに抑制することができると共に、基板１表面を介した第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間の放電が発生する可能性をさらに抑制することができる。
【００６０】
次に、本発明の電子放出素子の変形例を図３を用いて説明する。図３の電子放出素子は、図１に示した構造を多数備える電子放出素子の例である。図３（ａ）は、本発明の電子放出素子の変形例の平面模式図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＰ―Ｐ’における断面模式図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＱ―Ｑ’における断面模式図である。さらに、図３（ａ）において、点線で四角形状に囲まれている領域の斜視図は、図１と同様の構造である。即ち、図３（ａ）において濃い灰色で示された領域が、図１を用いて説明した第２導電性膜２１ｂの突起部３５、３６に相当する。このように、本発明の電子放出素子においては、第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部が、図１に示したような、直線状に限定されるものではない。また、第１導電性膜および第２導電性膜のそれぞれの端部は、曲線状になっていても良いし、また、構造的な安定性の観点から、曲線状になっていることが好ましい。
【００６１】
また、図３に示す構造においては、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂに安定に電位を供給するために、第１導電性膜２１ａに接続する第１電極４ａと第２導電性膜２１ｂに接続する第２電極４ｂを用いた例を示した。しかしながら、これらの電極４ａ、４ｂは、必ずしも用いなくても良い。また、ここで説明する例においては、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂのそれぞれを、カーボン膜（第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂ）で形成した例である。
【００６２】
図３（ａ）〜図３（ｃ）において、１は基板、４ａは第１電極、４ｂは第２電極、２１ａは前述の第１導電性膜に相当する第１カーボン膜、２１ｂは前述の第２導電性膜に相当する第２カーボン膜、２２は凹部である。また、部分Ａ、部分Ｂは、図１などを用いて説明した、最も間隔が狭い（最も電界が強い）位置を示すものである。また、図３（ｂ）で示す例においては、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの基板１表面における間隔よりも、基板１表面から上方に離れた位置における第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間隔が狭くなっている。
【００６３】
第１電極４ａと第２電極４ｂは、第二の間隙７を挟んで対向している。なお、第１電極４ａと第２電極４ｂは、基板１表面に対して平行な方向において対向し、第二の間隙７を境にして完全に分離されて模式的に示されている。しかしながら、微小な領域でつながっていても良い。第１電極４ａと第２電極４ｂとを、後述する「フォーミング処理」などのように、一つの導電性膜を分離して形成する場合においては、導電性膜の一部に第二の間隙７が形成されている形態ということもできる。即ち、完全に分離されていることが理想ではあるが、微少な領域で、前記第１電極４ａと第２電極４ｂとが繋がっていても、充分な電子放出特性を示しさえすれば良い。また、第１電極４ａおよび第２電極４ｂには、それぞれに電圧を供給するための配線や補助電極が更に接続される場合もある。
【００６４】
第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂは、図３に示す様に、第２の間隙７内の基板１上および、第２の間隙７近傍に位置する第１電極４ａ及び第２電極４ｂ上に配置されることが好ましい。この構成により、カーボン膜（２１ａ、２１ｂ）は、電極（４ａ、４ｂ）と電気的に接続することができる。また、電極（４ａ、４ｂ）が薄膜であった場合には、間隙８近傍の電極をカーボン膜で覆うことで電極（４ａ、４ｂ）のジュール熱などによる変形を抑制することもできる。なお、図３では、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂは基板１表面に対して平行な方向において対向し、第１の間隙８を境にして完全に分離されて模式的に示されているが、一部でつながっている場合もある。つまり、カーボン膜の一部に第１の間隙８が形成されている形態ということもできる。即ち、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂは完全に分離されていることが理想ではあるが、微少な領域で、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとが繋がっていても、充分な電子放出特性を示しさえすれば良い。
【００６５】
第１および第２電極（４ａ、４ｂ）の材料としては、導電性を有するものであればどのようなものであっても構わないが、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或はそれらの合金、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２等の透明導電体、ポリシリコン等の半導体等を用いることが出来る。
【００６６】
また、本発明の電子放出素子は、特には、図２２（ａ）〜図２２（ｃ）に模式的に示すような形態を備えることが好ましい。図２２（ａ）は、間隙８近傍における平面模式図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）における部分Ａと部分Ｂとを通る断面模式図である。図２２（ｃ）は図２２（ｂ）におけるＰ−Ｐ’における断面模式図である。図２２において、図１や図３において用いた符合と同じ符号を付した部材は、同じ部材を示している。また、図２２で示した例においては、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂは、カーボン膜である。図２２に示したように、本発明の電子放出素子の第１および第２導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の外形は、図１や図３などに示す様に平面を組合せた多角形状に限定されるのではなく、曲面同士の組合せや、曲面と平面とを複雑に組合せた形態とすることができる。また、図２２（Ｂ）や図２２（ｃ）に示す様に、凹部２２内にも、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の一部が配置されていることが好ましい。また、部分Ｂを挟む突起部３５と突起部３６の高さｈは、互いに異なっていても良い。尚、図２２（ａ）、（ｃ）、図３（A)、図３（C)、図５（A)、図５（B)において、突起部（３５、３６）と導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の色を変えて示している。しかし、これは、突起部（３５、３６）の理解を容易にするために行ったものであって、材料や組成などが、突起部（３５、３６）と導電性膜（２１ａ、２１ｂ）とで異なることを示すためのものではない。
【００６７】
次に、本発明の電子放出素子の製造方法としては様々な方法が考えられるが、例えば以下の工程（１）〜（５）によって本発明の電子放出素子を形成することができる。
【００６８】
その一例を図１、図３、図６〜図１０を用いて説明する。以下で示す例においては、前述の第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂのそれぞれをカーボン膜で構成している。また、以下では、前述の第１電極４ａに第１補助電極２を接続し、前述の第２電極４ｂに第２補助電極３を接続した例を示す。
【００６９】
（工程１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗浄後、補助電極材料を、真空蒸着法、スパッタ法等により基板１上に堆積する。その後、フォトリソグラフィー技術などにより、第１補助電極２および第２補助電極３を形成する（図７（ａ））。
【００７０】
補助電極２、３の間隔および補助電極２、３の長さおよびその形状は、電子放出素子の応用形態等によって適宜設計される。例えば、後述するテレビジョン等の表示装置に用いる場合では、解像度に対応して設計される。とりわけ、高品位（ＨＤ）テレビでは画素サイズが小さく高精細さが要求される。そのため、電子放出素子のサイズが限定されたなかで、十分な輝度を得るためには、十分な放出電流Ｉｅが得られるように設計される。
【００７１】
補助電極２、３の間隔は、実用的には５μｍ以上１００μｍ以下である。補助電極の膜厚は、実用的には１０ｎｍ以上１０μｍ以下である。
【００７２】
（工程２）基板１上に設けられた第１補助電極２と第２補助電極３との間を接続する導電性膜４を形成する（図７（ｂ））。導電性膜４の製造方法としては、例えば、有機金属溶液を塗布して乾燥することにより、有機金属膜を形成した後に、有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングする方法を採用とすることができる。
【００７３】
導電性膜４の材料としては、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、それらの合金、それらの金属酸化物、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２等の透明導電体、あるいはポリシリコン等の半導体、等を用いることができる。
【００７４】
なお、有機金属溶液としては、前記導電性膜材料のＰｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。なお、ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法、インクジェット法等によって形成することも出来る。
【００７５】
次の工程において「フォーミング」処理を行う場合においては、導電性膜４は、Ｒｓ（シート抵抗）が１０２Ω／□〜１０７Ω／□の抵抗値の範囲で形成されることが好ましい。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現われる値である。抵抗率をρとすればＲｓ＝ρ／ｔである。上記抵抗値を示す膜厚としては、具体的には５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にある。
【００７６】
（工程３）つづいて、「フォーミング」と呼ばれる処理を、補助電極２、３間に電圧を印加することにより行う。この電圧の印加により、導電性膜４の一部に第二の間隙７が形成される。その結果、間隙７を挟んで、基板１表面に対して横方向に、第１電極４ａと第２電極４ｂとを対向して配置することができる。（図７（ｃ））。
【００７７】
「フォーミング」処理以降の電気的処理は、例えば、前述した図６に示す測定評価装置内に前記基板１を配置することで行うことができる。なお、図６に示した測定評価装置は真空装置であり、該真空装置には不図示の排気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で種々の測定評価を行えるようになっている。なお、排気ポンプは、オイルを使用しない、磁気浮上ターボポンプ、ドライポンプ等の高真空装置系と、更に、イオンポンプからなる超高真空装置系から構成することができる。また、本測定評価装置には、不図示のガス導入装置を付設することで、所望の有機物質の蒸気を所望の圧力で真空装置内に導入することができる。また、真空装置全体、及び真空装置内に配置された基板１は、不図示のヒーターにより加熱することができる。
【００７８】
「フォーミング」処理は、パルス波高値が一定である、パルス電圧を繰り返し印加することによって行うことができる。また、パルス波高値を徐々に増加させながら、パルス電圧を印加することによっても行うこともできる。
【００７９】
パルス波高値が一定である場合のパルス波形の例を図８（ａ）に示す。図８（ａ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔（休止時間）であり、Ｔ１は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとすることができる。印加するパルス波形自体は、三角波や矩形波を用いることができる。
【００８０】
次に、パルス波高値を増加させながら、パルス電圧を印加する場合のパルス波形の例を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ、電圧波形のパルス幅とパルス周期であり、Ｔ１は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとすることができる。印加するパルス波形自体は、三角波や矩形波を適宜選択して用いることができる。印加するパルス電圧の波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ、増加させる。
【００８１】
なお、「フォーミング」処理の終了は、上記したパルス電圧の休止時間中に、導電性膜４に悪影響を与えない程度の電圧（例えば０．１Ｖ程度のパルス電圧）を印加して、補助電極２、３間を流れる電流（素子電流Ｉｆ）を測定し、抵抗値を求め、その抵抗値が、例えば「フォーミング」処理前の抵抗の１０００倍以上の抵抗を示した時に「フォーミング」を終了することができる。
【００８２】
また、用いるパルス波高値及びパルス幅、パルス間隔（休止時間）、パルス周期等については上述の値に限られることはない。間隙７が良好に形成されるように、電子放出素子の抵抗値等にあわせて、適当な値を選択することができる。
【００８３】
尚、ここでは、第１電極４ａと第２電極４ｂの形成を、導電性膜に「フォーミング」処理を施して行う方法を示した。しかしながら、本発明においては、フォトリソグラフィー法などの公知のパターニング方法を用いて第１電極４ａと第２電極４ｂを形成することもできる。また、後述する「活性化工程」を用いて第１カーボン膜と第２カーボン膜とを形成する場合には、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間隔が狭いことが好ましいため、前述した「フォーミング」処理を採用することが好ましい。しかしながら、導電性膜４にＦＩＢ（集束イオンビーム）を照射することで導電性膜４に間隙７を形成する手法や、電子ビームリソグラフィー法などを用いて、狭い間隔７を形成することもできる。また、第１補助電極２と第２補助電極３との間隔を、前述した様々な手法により、狭く形成することができれば、第１電極４ａと第２電極４ｂは必ずしも必要としない。しかしながら、低コストに本発明の電子放出素子を作成するためには、後述する「活性化」処理によって形成するカーボン膜に電位を安定に供給するための電極としての前述の補助電極２、３と、「活性化工程」の初期におけるカーボン膜の堆積を安定にそして早く行うために第１電極４ａおよび第２電極４ｂとを用いることが好ましい。
【００８４】
（工程４）次に、「活性化」処理を施す。「活性化」処理は、例えば、図６に示したような真空装置内に炭素含有ガスを導入し、炭素含有ガスを含む雰囲気下で、補助電極２，３間に両極性のパルス電圧を印加することで行うことができる。この処理により、雰囲気中に存在する炭素含有ガスから、第１および第２導電性膜（２１ａ、２１ｂ）としての炭素を含む膜（カーボン膜）を、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間の基板１上および間隙７近傍の第１電極４ａおよび第２電極４ｂ上に形成することができる。その結果、放出電流Ｉｅを著しく増大させることができる。
【００８５】
上記炭素含有ガスとしては有機物質ガスを用いることができる。有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎ Ｈ２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎ Ｈ２ｎ等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。
【００８６】
また、前述した炭素含有ガスは、真空装置内を一度１０―６Ｐａ台の圧力に減圧した後に、真空装置内に導入する事が好ましい。このときの好ましい炭素含有ガスの分圧は、電子放出素子の形態、真空容器の形状や、用いる炭素含有ガスの種類などにより異なるため、適宜設定される。
【００８７】
上記「活性化」処理中に補助電極２，３間に印加する電圧波形としては、例えば図９（ａ）あるいは図９（ｂ）に示したパルス波形を用いることができる。印加する最大電圧値は、実用的な範囲として、１０Ｖ以上２５Ｖ以下の範囲で適宜選択することが好ましい。図９（ａ）中、Ｔ１は、印加するパルス電圧のパルス幅、Ｔ２はパルス周期である。この例では、電圧値は正負の絶対値が等しい場合を示しているが、電圧値は正負の絶対値が異なる場合もある。また、図９（ｂ）中、Ｔ１は正の電圧値のパルス電圧のパルス幅であり、Ｔ１’は負の電圧値のパルス電圧のパルス幅である。Ｔ２はパルス周期である。尚、この例においては、Ｔ１＞Ｔ１’に設定し、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている場合を示しているが、電圧値は正負の絶対値が異なる場合もある。
【００８８】
図１０に「活性化」処理中における素子電流Ｉｆのプロファイルを示す。「活性化」処理は、素子電流の上昇が緩やかになる領域（図１０中の点線から右側の領域）に入った後に終了することが好ましい。
【００８９】
なお、「活性化」処理中に、図９（ａ）に示したような波形の電圧を補助電極２，３間に印加することで、図３（ｂ）に示したような第１カーボン膜２１ａの膜厚と第２カーボン膜２１ｂの膜厚がほぼ等しい形状を形成することができる。
【００９０】
一方、「活性化」処理中に、図９（ｂ）に示した様な、非対称な波形の電圧を補助電極２，３間に印加することで、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように形態の第１および第２カーボン膜を形成することができる。即ち、間隙８の外縁を構成する第２カーボン膜２１ｂの端部の膜厚が、間隙８の外縁を構成する第１カーボン膜２１ａの端部の膜厚よりも厚くなる、非対称の構造を作ることができる。
【００９１】
また、図９（ａ）、（ｂ）に示したどちらの波形を用いても、図１０中の点線から右側の領域であって、点線から十分に離れた領域まで「活性化」処理を行うことで、基板変質部（凹部）２２を形成することができるので好ましい。また、図１０中の点線から右側の領域まで「活性化」処理を行うことで、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示す様に、第１カーボン膜２１ａの端部と第２カーボン膜２１ｂの端部との距離が、基板１表面における距離よりも、基板１表面から上方に離れた位置における距離を狭くすることができる。また、基板変質部（凹部）２２については、次のように考えている。
【００９２】
炭素の近くにＳｉＯ２（基板の材料）が存在する条件下で基板の温度が上昇すると、Ｓｉが消費される。
ＳｉＯ２＋Ｃ→ＳｉＯ↑＋ＣＯ↑
この様な反応が起こることによって基板中のＳｉが消費され、基板表面が削れた形状（凹部）が形成されるのではないかと考える。
【００９３】
基板変質部（凹部）２２を有すると、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの沿面距離を増やすことができる。そのため、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間に駆動時に印加される強電界に起因するとみられる放電現象や、過剰な素子電流Ｉｆの発生を抑制することができる。
【００９４】
本発明における炭素を含む膜である、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂの炭素について説明する。第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂに含まれる炭素は、グラファイト状炭素であることが好ましい。本発明におけるグラファイト状炭素とは、完全なグラファイトの結晶構造を有するもの（いわゆるＨＯＰＧ）、結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの（ＰＧ）、結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったもの（ＧＣ）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及び／あるいはアモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物を指す）を包含する。すなわち、グラファイト粒子間の粒界などの層の乱れが存在していても好ましく用いることができる。
【００９５】
（工程５）次に、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂの形状を図１や図３に示した形状にするための、加工処理を施す。
【００９６】
具体的には、例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すようなＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いる方法により、カーボン膜の形状を図１や図３に示した形状にすることができる。ここでは、第２カーボン膜２１ｂの形状を変える加工処理方法としてＡＦＭを用いた例を説明するが、加工処理法は、ＡＦＭを用いた手法に限定されるものではない。
【００９７】
上記ＡＦＭを用いる方法は、例えば以下のように行うことができる。まず、「活性化」処理で、第２カーボン膜２１ｂの膜厚を第１カーボン膜２１ａの膜厚よりも厚くなるように形成した場合（図９（ｂ）に示した様な、両極性であり、且つ、電圧値またはパルス幅が非対称なパルス電圧を繰り返し印加する手法を用いた場合）においては、まず、ＡＦＭのプローブ（探針）を第２カーボン膜２１ｂの上に位置合わせを行う（図１１（ａ））。そして、ＡＦＭのプローブを第２カーボン膜２１ｂの端部（間隙８の外縁を形成する部分）に接触させてカーボン膜２１ｂの端部を削る（図１１（ｂ））。
【００９８】
カーボン膜２１ｂの端部を削る際には、ＡＦＭのコンタクトモード（接触圧を電圧で制御する）で行うことができる。この手法により、図１を用いて前述した第１の部分（Ｂ）、第２の部分３５、第３の部分３６を形成することができる。この処理を、間隙８に沿う、第２カーボン膜２１ｂの端部（間隙８の外縁を形成するカーボン膜２１ｂの端部）の複数箇所に対して、間隔を置いて、行う。この様に行うことで、図３（ａ）に示すように、図１に示した構造を複数備える電子放出素子を作製することができる。
【００９９】
以上の工程で、図１や図３に示す、本発明の電子放出素子を基本的には形成することができる。また、上記「活性化」処理で形成した第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間隙８の形状を適宜調整することもできる。この場合は、例えば、図２３（ａ）のように、第１カーボン膜２１ａの外縁（間隙８を形作る第１カーボン膜２１ａの端部）をＡＦＭの針（探針）を用いて削ることで、所望の間隙８を形成することができる。勿論、第２カーボン膜の端部を削ることによっても間隙８の形状を制御することも可能である。このように間隙８の形状を制御することで、所望の箇所に前述した部分Ａと部分Ｂとを形成することができる。その後は、図１１（ａ）と同様に、第２カーボン膜２１ｂの端部にＡＦＭの針を移動させて、突起部３５、３６を形成すれば良い（図２３（ｂ）、図２３（ｃ））。また、本発明の電子放出素子の作成方法においては、上記ＡＦＭを用いた加工処理ではなく、図１、図２、図２２（ｃ）、図２３（ｃ）に示した構造を備える電子放出素子を作製することもできる。その一例としては、「活性化」処理の後に、炭素含有ガスを含む雰囲気下で電子線をカーボン膜の所望の箇所に照射することで、突起部３５、３６を形成する方法を採用することもできる。また、上記した「活性化」処理における、（Ｉ）炭素含有ガスの種類や、（ＩＩ）炭素含有ガスの分圧や、（ＩＩＩ）印加する電圧波形や、（ＩＶ）炭素含有ガスを排気するタイミングと電圧印加の停止のタイミングとの関係、（Ｖ）「活性化」時の温度、などを適宜制御することで、上記工程５の加工処理を行わずに、図２２（ｃ）、図２３（ｃ）などで説明した構造の電子放出素子を形成することができるかもしれない。そのため、上記加工処理を行わずに、工程４の「活性化」処理によって、図２２（ｃ）、図２３（ｃ）などで説明した本発明の構造を形成した電子放出素子を本発明は排除するものではない。尚、上記（工程５）の後に（加工処理を行わずに、「活性化」処理だけで図２２（ｃ）、図２３（ｃ）などで説明した構造を形成した場合は（工程４）の後に）、好ましくは、真空中で加熱処理する「安定化」処理を行う。この処理により、「活性化」処理によって基板１表面や、その他の箇所に付着した余分な炭素や有機物を除去することが好ましい。
【０１００】
具体的には、真空容器内で、余分な炭素や有機物質を排気する。真空容器内の有機物質は極力排除することが望ましい。有機物質の分圧としては１．３×１０―８Ｐａ以下まで除去することが好ましい。また、他のガスをも含めた真空容器内の全圧力は、１．３×１０―６Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０―７Ｐａ以下が特に好ましい。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが電子放出素子の電子放出特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いることができる。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることができる。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくすることが好ましい。このときの加熱条件は、１５０℃〜３５０℃、好ましくは２００℃以上でできるだけ長時間行うのが望ましいが、特にこの条件に限るものではない。
【０１０１】
「安定化」処理を行った後に、電子放出素子を駆動する時の雰囲気は、上記「安定化」処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではない。有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分に安定な特性を維持することができる。
【０１０２】
このような真空雰囲気において電子放出素子を駆動することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制できる。その結果、本発明の電子放出素子の形状が維持され、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが安定する。
【０１０３】
次に、本発明の電子放出素子の基本特性について、図６、図１２を用いて説明する。
【０１０４】
図６に示した測定評価装置により測定された、前述した「安定化」処理後の電子放出素子の放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆとの関係の典型的な例を図１２に示す。
【０１０５】
なお、図１２は、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、任意単位で示されている。図１２からも明らかなように、本発明の電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する３つの性質を有する。
【０１０６】
まず第１に、本発明の電子放出素子は、ある電圧（しきい値電圧と呼ぶ；図１２中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加する。一方で、しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【０１０７】
第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。
【０１０８】
第３に、アノード電極４４に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。つまり、アノード電極４４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。
【０１０９】
以上のような電子放出素子の特性を用いると、入力信号に応じて電子放出特性を容易に制御できることになる。さらに、本発明に係る電子放出素子は、安定かつ高輝度な電子放出特性を有するため、多方面への応用が期待できる。
【０１１０】
本発明の電子放出素子の応用例について以下に述べる。
【０１１１】
本発明の電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源あるいは、テレビジョンなどの画像表示装置を構成できる。
【０１１２】
基板上の電子放出素子の配列形式としては、例えば、「はしご型配列」や「マトリクス型配列」が挙げられる。「はしご型配列」では、多数の電子放出素子を並列接続し、この電子放出素子の配列方向（行方向）と直交する方向（列方向）に、個々の電子放出素子の上方に制御電極（グリッド）を配置することにより、各電子放出素子からの電子放出を制御する形態を採用することができる。「マトリクス型配列」では、ｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線を用意し、本発明の電子放出素子の第１導電性膜２１ａをｍ本のＸ方向配線のうちの１本に電気的に接続し、第２導電性膜２１ｂをｎ本のＹ方向配線のうちの１本に電気的に接続する形態を採用することができる（尚、ｍ、ｎは、共に正の整数）。
【０１１３】
次に、マトリクス型配列について詳述する。
【０１１４】
本発明の電子放出素子の前述した３つの基本的特性によれば、放出される電子は、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、しきい値電圧未満では、実質的に電子は放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合でも、個々の電子放出素子に、上記パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、選択した電子放出素子からの電子放出量を制御することができる。
【０１１５】
以下、この原理に基づき構成した、マトリクス型配列の電子源基板の構成について、図１３を用いて説明する。
【０１１６】
ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，……，Ｄｘｍからなり、絶縁性基板７１上に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成される。Ｘ方向配線７２は、金属等からなり、多数の電子放出素子にほぼ均等な電圧が供給される様に、材料、膜厚、配線幅が適宜設定される。ｎ本のＹ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…，Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様の手法、材料により形成することができる。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との間には、不図示の絶縁層が配置される。絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成することができる。材料としてはＳｉＯ２等を用いることができる。
【０１１７】
上記Ｘ方向配線７２のうちの１本と、Ｙ方向配線７３のうちの１本とに、各電子放出素子７４は接続される。
【０１１８】
また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配線７２には、走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が電気的に接続される。一方、Ｙ方向配線７３には、走査信号に同期して、選択された各電子放出素子から放出される電子を変調するための変調信号を印加する不図示の変調信号発生手段が電気的に接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧Ｖｆは、印加される走査信号と変調信号との差電圧として供給される。
【０１１９】
次に、上記のようなマトリクス配列の電子源、及び、画像表示装置の一例について、図１４と図１５を用いて説明する。図１４は画像表示装置を構成する外囲器８８の基本構成図であり、図１５は蛍光膜である。
【０１２０】
図１４において、７１は本発明の電子放出素子７４を複数配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリアプレート、８６はガラスなどの透明基板８３の内面に蛍光膜８４と導電性膜８５等が形成されたフェースプレートである。８２は支持枠である。リアプレート８１、支持枠８２及びフェースプレート８６は、接合部にフリットガラスなどの接着剤を塗布し、大気中や窒素中で、４００℃〜５００℃で加熱することによる封着することができる。この封着された構造体で外囲器８８が構成される。尚、上記導電性膜８５は、図６を用いて説明したアノード電極４４に対応する部材である。
【０１２１】
外囲器８８は、大気中や窒素中で封着して形成した場合には、その後、不図示の排気管を通じ、内部の圧力が所望の真空度（例えば１．３×１０−５Ｐａ程度）に達するまで排気した後、排気管を封止することで内部が真空に維持された外囲器８８を得ることができる。また、封着を、真空中で行えば、上記した排気管を用いずに、部材の接合と同時に封止が行えるので、簡易に内部が真空に維持された外囲器８８を得ることができる。
【０１２２】
また、外囲器８８の封止の前後で、外囲器８８の内部に配置した不図示のゲッターを活性化させる場合もある。上記したように、真空中で封着する場合には、封着の前後で、外囲器８８の内部に配置した不図示のゲッターを活性化させる。このようにすることで、封止後の外囲器８８内部の真空度を維持することができる。
【０１２３】
外囲器８８は、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成することができる。しかし、リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する目的で設けられる。そのため、基板７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要である。その場合は、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８８を構成することができる。
【０１２４】
また、フェースプレート８６とリアプレート８１（基板７１）との間に、スペーサーと呼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持つ外囲器８８を構成することができる。
【０１２５】
図１５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図１４で示した蛍光膜８４の具体的な構成の例である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は単色の蛍光体層９２のみから形成することができる。しかし、カラーの画像表示装置を構成する場合には、蛍光膜８４は、３原色の蛍光体層９２と、各色の蛍光体層９２の間に配置される光吸収部材９１とを含む。光吸収部材９１は好ましくは、黒色の部材を用いることができる。図１５（ａ）は、光吸収部材９１をストライプ状に配列した形態である。図１５（ｂ）は、光吸収部材９１をマトリクス状に配列した形態である。一般に、図１５（ａ）の形態は「ブラックストライプ」と呼ばれ、図１５（ｂ）の形態は「ブラックマトリクス」と呼ばれる。光吸収部材９１を設ける目的は、カラー表示の場合、異なる発光色（典型的には３原色）の蛍光体層９２間における混色等を目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することにある。光吸収部材９１の材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、光の透過及び反射が少ない材料であればこれに限るものではない。また、導電性であっても絶縁性であっても構わない。
【０１２６】
また、蛍光膜８４の内側（リアプレート８１側）には、「メタルバック」などと呼ばれる導電性膜８５が設けられる。導電性膜８５の目的は、蛍光体９２の発光のうち、電子放出素子側へ向かう光をフェースプレート８６側へ鏡面反射することで輝度を向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させること、外囲器８８内で発生した負イオンの衝突による蛍光体のダメージを抑制すること等である。
【０１２７】
導電性膜８５は、好ましくは、アルミニウム膜で形成される。導電性膜８５は、蛍光膜８４作製後、蛍光膜８４の表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」と呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等で堆積することで作製できる。
【０１２８】
フェースプレート８６には、更に蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４とフェースプレート８６との間にＩＴＯなどからなる透明電極（不図示）を設けてもよい。
【０１２９】
上記外囲器８８内の各電子放出素子には、Ｘ方向配線およびＹ方向配線に接続する端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて、電圧が印加される。この構成により、所望の電子放出素子から電子放出させることができる。この時、高圧端子８７を通じ、メタルバック８５に５ｋＶ以上３０ｋＶ以下、好ましくは１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下の電圧を印加する。尚、フェースプレート８６と基板７１との間隔は好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。この様にする事で、選択した電子放出素子から放出された電子は、メタルバックを透過し、蛍光膜８４に衝突する。そして蛍光体を発光させることで、画像を表示することができる。
【０１３０】
なお、以上述べた構成においては、各部材の材料等、詳細な部分は上記した内容に限られるものではなく、目的に応じて適宜変更される。
【０１３１】
また、図１４を用いて説明した本発明の外囲器（画像表示装置）８８を用いて情報表示再生装置を構成することができる。
【０１３２】
具体的には、テレビジョン放送などの放送信号を受信する受信装置と、受信した信号を選曲するチューナーと、選曲した信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを、外囲器（画像表示装置）８８に出力して表示および／あるいは再生させる。この構成によりテレビジョンなどの情報表示再生装置を構成することができる。勿論、放送信号がエンコードされている場合には、本発明の情報表示再生装置はデコーダーも含むことができる。また、音声信号については、別途設けたスピーカーなどの音声再生手段に出力して、外囲器（画像表示装置）８８に表示される映像情報や文字情報と同期させて再生する。
【０１３３】
また、映像情報または文字情報を外囲器（画像表示装置）８８に出力して表示および／あるいは再生させる方法としては、例えば以下のように行うことができる。
【０１３４】
図２４は、本発明に係るテレビジョン装置のブロック図である。受信回路Ｃ２０は、チューナーやデコーダ等からなり、衛星放送や地上波等のテレビ信号、ネットワークを介したデータ放送等を受信し、復号化した映像データをＩ／Ｆ部（インターフェース部）Ｃ３０に出力する。Ｉ／Ｆ部Ｃ３０は、映像データを表示装置の表示フォーマットに変換して上記ディスプレイパネルＣ１１（８８）に画像データを出力する。画像表示装置は、ディスプレイパネル８８、駆動回路Ｃ１２及び制御回路Ｃ１３を含む。制御回路Ｃ１３は、入力した画像データに表示パネルＣ１１に適した補正処理等の画像処理を施すともに、駆動回路Ｃ１２に画像データ及び各種制御信号を出力する。駆動回路Ｃ１２は、入力された画像データに基づいて、ディスプレイパネルＣ１１（８８）の各配線（図１４のＤｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ参照）に駆動信号を出力し、テレビ映像が表示される。受信回路Ｃ２０とＩ／Ｆ部Ｃ３０は、セットトップボックス（ＳＴＢ）として画像表示装置とは別の筐体に収められていてもよいし、また画像表示装置と同一の筐体に収められていてもよい。
【０１３５】
また、インターフェースには、プリンター、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などの画像記録装置や画像出力装置に接続することができる構成とすることもできる。そして、このようにすれば、画像記録装置に記録された画像をディスプレイパネル８８に表示させることもできるし、また、ディスプレイパネル８８に表示させた画像を、必要に応じて加工し、画像出力装置に出力させることもできる情報表示再生装置（またはテレビジョン）を構成することができる。
【０１３６】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明を適用可能な画像表示装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。また、本発明の画像表示装置は、テレビ会議システムやコンピュータ等のシステムと接続することで、様々な情報表示再生装置を構成することができる。
【実施例】
【０１３７】
以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述する。
【０１３８】
（実施例１）
本実施例で作成した基本的な電子放出素子の構成は、図３と同様である。また、本実施例における電子放出素子の製造方法は、基本的には図７、図１１を用いて前述した方法と同様である。以下、図１、図３、図７、図１１を用いて、本実施例の電子放出素子の基本的な構成及び製造方法を説明する。
【０１３９】
（工程−ａ）
最初に、清浄化した石英基板１上に、第１補助電極２と第２補助電極３を形成した（図７（ａ））。
【０１４０】
具体的には、予め基板１上に第１補助電極２と第２補助電極３との間隔に対応するレジストパターンを形成し、その上に電子ビーム蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ４５ｎｍのＰｔを順次堆積した後、レジストパターンを有機溶剤で溶解することでＰｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフして、第１補助電極２と第２補助電極３を形成した。第１補助電極２と第２補助電極３の間隔は２０μｍとし、第１補助電極２および第２補助電極３の幅を５００μｍとした。
【０１４１】
（工程−ｂ）
膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、後述の導電性膜の形状に対応する開口を有するようにパターニングした。その上に有機パラジウム化合物溶液をスピンナーにより回転塗布後、３００℃で１２分間の加熱焼成処理をした。こうして形成された主元素としてＰｄよりなる導電性膜４の膜厚は６ｎｍ、シート抵抗Ｒｓは３×１０４Ω／□であった。
【０１４２】
（工程−ｃ）
Ｃｒ膜及び焼成後の導電性膜４を酸エッチャントによりエッチングして、幅が１００μｍの導電性膜４を形成した（図７（ｂ））。
【０１４３】
以上の（工程−ａ）〜（工程−ｃ）により、基板１上に、第１および第２補助電極２、３および導電性膜４を形成した。
【０１４４】
（工程−ｄ）
次に、導電性膜４を形成した基板１を図６の測定評価装置内に設置し、真空ポンプにて内部が１×１０−６Ｐａの真空度に達するまで排気した後、電源４１より、第１および第２補助電極２、３間に電圧を印加し、「フォーミング」処理を行った。この結果、導電性膜４に第二の間隙７が形成され、第１電極４ａ、第２電極４ｂを形成した（図７（ｃ））。
【０１４５】
「フォーミング」処理に用いた電圧波形を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２はパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１６．７ｍｓｅｃとした。用いたパルスは三角波であり、波高値は０．１Ｖステップで昇圧して、「フォーミング」処理を行った。また、「フォーミング」処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、「フォーミング」処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になった時とし、この時に、第１補助電極２と第２補助電極３間への電圧の印加を終了した。
【０１４６】
（工程−ｅ）
続いて、メタノールをスローリークバルブを通して真空装置内に導入し、１．３×１０−４Ｐａを維持した。この状態で、第１補助電極２と第２補助電極３間に、図９（ｂ）に示した波形のパルス電圧を印加することで「活性化」処理を行った。図９（ｂ）の波形において、Ｔ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ１´を０．１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとした。
【０１４７】
尚、「活性化」処理においては、第１補助電極２は常にグランド電位に固定して、図９（ｂ）に示した波形のパルス電圧を第２補助電極３に印加した。
【０１４８】
約６０分後に、図１０に示した点線よりも右側の領域に充分に入ったのを確認した後、電圧の印加を停止し、スローリークバルブを閉め、「活性化」処理を終了した。その結果、第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂを形成した（図７（ｄ））。
【０１４９】
尚、本工程においては、図９（ｂ）の波形における最大電圧値を±１２Ｖの条件で「活性化」処理を行った電子放出素子と、最大電圧値を±２２Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子と、最大電圧値を±３０Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子をそれぞれ作製した。
【０１５０】
以上の（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同様の製造方法で作成した電子放出素子を用意し、この電子放出素子の平面ＳＥＭ像および断面ＳＥＭ像を観察したところ、「活性化」処理における印加電圧にかかわらず、図５（ａ）、図５（ｂ）に示したように第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂのそれぞれの端部（間隙８の外縁を形成している部分）の膜厚が非対称な構成になっていた。そして、第１カーボン膜２１ａの端部における膜厚（基板１表面からの高さ）は２０ｎｍ、第２カーボン膜２１ｂの端部における膜厚（基板１表面からの高さ）は１００ｎｍであった。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚は１００ｎｍであった。また、各電子放出素子の断面ＴＥＭ像を観察し、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとの間の距離ｄを測定したところ、「活性化」処理における印加電圧を±１２Ｖで行った電子放出素子では２．２ｎｍ、「活性化」処理における印加電圧を±２２Ｖで行った電子放出素子では４．３ｎｍ、「活性化」処理における印加電圧を±３０Ｖで行った電子放出素子では６．１ｎｍであった。
【０１５１】
（工程−ｆ）
次に、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）で作成した本実施例の電子放出素子を、図６の測定評価装置から大気に取り出し、前述したように、ＡＦＭを用いてカーボン膜の形状を変える処理を行った（図１１（ａ）〜（ｂ）参照）。第２カーボン膜２１ｂの端部を削ることにより、第１の部分（Ｂ）、第２の部分３５、第３の部分３６を形成した（図１１（ｂ））。
【０１５２】
上記「活性化」処理において、印加電圧の最大値を変えて形成した各電子放出素子に対し、ＡＦＭを用いて第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍとなるようにした。尚、第１の部分（Ｂ）と第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈ（「突起部」の高さｈ）を８０ｎｍとなるようにした。更に、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗ（「突起部」の間隔ｗ）が、５ｎｍ、９ｎｍ、１３ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍとした９種類の電子放出素子作製した。（「突起部」の高さｈおよび「突起部」の間隔ｗについては図１を参照。）尚、カーボン膜２１ａの端部Ａは削らずにそのままにしたため、端部Ａの膜厚は２０ｎｍであった。この処理を間隙８に沿って、多数の箇所において施した。この処理は、基本的には、間隙８の幅（第１カーボン膜と第２カーボン膜との距離）が周囲に比べて狭くなっているところに対して行った。
【０１５３】
また、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同じ方法で比較例１の電子放出素子を作成した。また、上記工程−ｅにおける電圧波形を変えた以外は、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同じ方法で比較例２の電子放出素子を作成した。尚、比較例１および２の電子放出素子では、上記（工程−ｆ）は行わなかった。
【０１５４】
比較例２の電子放出素子の「活性化」処理においては、図９（ａ）に示した波形を用いた。Ｔ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとした。このとき図９（ａ）の波形における最大電圧値を±１２Ｖの条件で「活性化」処理を行った電子放出素子と、最大電圧値を±２２Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子と、最大電圧値を±３０Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子をそれぞれ作製した。尚、この「活性化」処理においては、第１補助電極２は常にグランド電位に固定して、図９（ｂ）に示した波形のパルス電圧を第２補助電極３に印加した。
【０１５５】
このようにして作成した比較例２の電子放出素子の断面ＳＥＭ像を観察したところ、「活性化」処理における印加電圧に関わらず、基本的に、図４に示したように、第１カーボン膜２１ａの端部および第２カーボン膜２１ｂの端部の膜厚が実質的に同等であり、第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂの膜厚は４０ｎｍであった。また、これら比較例２の電子放出素子の断面ＴＥＭ像を観察し、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間隔ｄを測定したところ、「活性化」処理における印加電圧を±１２Ｖで行った電子放出素子では２．２ｎｍ、「活性化」処理における印加電圧を±２２Ｖで行った電子放出素子では４．３ｎｍ、「活性化」処理における印加電圧を±３０Ｖで行った電子放出素子では６．１ｎｍであった。
【０１５６】
（工程−ｇ）
次に、（工程−ｆ）を終了した本実施例の電子放出素子と、（工程−ｆ）を行わずに（工程−ｅ）までで作成した比較例１，２の電子放出素子を、図６の測定評価装置に設置し、内部を真空にした後、「安定化」処理を行った。具体的には、真空装置及び電子放出素子をヒーターにより加熱して約２５０℃に維持しながら真空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒーターによる加熱を止め、室温に戻したところ真空装置内の圧力は１×１０−８Ｐａ程度に達した。続いて、電子放出特性の測定を行った。
【０１５７】
電子放出特性の測定においては、アノード電極４４と電子放出素子の間の距離Ｈを２ｍｍとし、高圧電源４３によりアノード電極４４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源４１を用いて補助電極２、３の間に、第１補助電極２の電位が第２補助電極３の電位よりも低くなるように電圧を印加した。尚、「活性化」処理の印加電圧を±１２Ｖで行った電子放出素子には、波高値１０Ｖの矩形パルス電圧を印加し、「活性化」処理における印加電圧を±２２Ｖで行った電子放出素子には、波高値２０Ｖの矩形パルス電圧を印加し、「活性化」処理における印加電圧を±３０Ｖで行った電子放出素子には、波高値２８Ｖの矩形パルス電圧を印加した。
【０１５８】
尚、この測定の際には、電流計４０及び電流計４２により、本実施例の電子放出素子及び比較例１および２の電子放出素子の素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅをそれぞれ測定し、電子放出効率を算出した。
【０１５９】
算出された電子放出効率を以下の表１に示し、放出電流Ｉｅの結果を表２に示す。尚、素子電流Ｉｆは「活性化」処理での印加電圧１２Ｖ、２２Ｖ、３０Ｖいずれの場合も０．８ｍＡから１．４ｍＡ程度であった。
【０１６０】
【表１】
【０１６１】
【表２】
【０１６２】
この結果から、本実施例の電子放出素子は、比較例１の電子放出素子と比較して、第２の部分３５と、第３の部分の間隔が２ｄ以上５０ｄ以下の場合に放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていることがわかる。
【０１６３】
また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、長時間に渡り上記表１、２の特性を維持できた。
【０１６４】
特性評価後、本実施例の各電子放出素子の断面ＳＥＭ像を観察したところ、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）は２０ｎｍであった（「奥行き」Ｄについては図１参照）。また、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔が５ｎｍ、９ｎｍ、１３ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍであることが確認された。
【０１６５】
さらにまた、基板変質部（凹部）２２もカーボン膜２１ａ、２１ｂ間の基板１表面に形成されていることも確認された。
【０１６６】
（実施例２）
本実施例では、第１の部分（Ｂ）と第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈを変えた。
【０１６７】
本実施例では、実施例１の（工程−ｆ）のみ以下に説明する方法に変更した以外は、実施例１と同じように形成したので、ここでは、（工程−ｆ）のみについて説明する。比較例１、２も前述したものと同じである。
【０１６８】
（工程−ｆ）
次に、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）で作成した本実施例の電子放出素子を、図６の測定評価装置から大気に取り出し、前述したように、ＡＦＭを用いてカーボン膜の形状を変える処理を行った（図１１（ａ）〜（ｂ）参照）。カーボン膜２１ｂの端部を削ることにより、第１の部分（Ｂ）、第２の部分３５、第３の部分３６を形成した（図１１（ｂ））。
【０１６９】
上記「活性化」処理において、印加電圧の最大値を変えて形成した各電子放出素子に対し、ＡＦＭを用いて第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍとなるようにした。また、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗを３０ｎｍとした。そして、第１の部分（Ｂ）と第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈを３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、９ｎｍ、１１ｎｍ、１３ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍとした９種類の電子放出素子を作製した。尚、カーボン膜２１ａの端部Ａは削らずにそのままにしたため、端部Ａの膜厚は２０ｎｍであった。この処理を間隙８に沿って、多数の箇所において施した。この処理は、基本的には、間隙８の幅（第１カーボン膜と第２カーボン膜との距離）が周囲に比べて狭くなっているところに対して行った。
【０１７０】
本実施例２で作成した電子放出素子の電子放出特性の測定を実施例１と同様に行った。電子放出効率の算定結果を表３に示し、放出電流Ｉｅの測定結果を表４に示す。
【０１７１】
【表３】
【０１７２】
【表４】
【０１７３】
この結果から、本実施例で作成した電子放出素子は、比較例１、２で作成した電子放出素子と比較して、第１の部分（Ｂ）と、第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈが２ｄ以上の場合に放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていることがわかる。
【０１７４】
また、第１の部分（Ｂ）と、第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈが８０ｎｍ以上の場合においても、放出電流Ｉｅと電子放出効率ηは比較例１、２で作成した電子放出素子より大きい値を示すことが発明者らの計算によりわかっているので第１の部分（Ｂ）と、第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈの上限は制限されない。しかしながら、本発明の電子放出素子を用いた画像表示装置においては、製造コストや品質上の問題（放電等）から、膜厚差ｈは２００ｄ以下にするのが好ましい。
【０１７５】
また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、長時間に渡り上記表３、４の特性を維持できた。
【０１７６】
特性評価後、本実施例の各素子を断面ＳＥＭで観察したところ、第２カーボン膜２１ｂの第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍであり、第２カーボン膜２１ｂの第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗが３０ｎｍであった。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）は２０ｎｍであった（「奥行き」Ｄについては図１参照）。また、第２カーボン膜２１ｂの第１の部分（Ｂ）と、第２カーボン膜２１ｂの第２部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈが３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、９ｎｍ、１１ｎｍ、１３ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍであることが確認された。
【０１７７】
さらにまた、基板変質部（凹部）２２も第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間の基板１表面に形成されていることも確認された。
【０１７８】
（実施例３）
本実施例では、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）を変更した。
【０１７９】
本実施例では、実施例１の（工程−ｆ）のみ以下に説明する方法に変更した以外は、実施例１と同じように形成したので、ここでは、（工程−ｆ）のみについて説明する。比較例１、２も実施例１において前述したものと同じである。
【０１８０】
（工程−ｆ）
次に、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）で作成した本実施例の電子放出素子を、図６の測定評価装置から大気に取り出し、前述したように、ＡＦＭを用いてカーボン膜の形状を変える処理を行った（図１１（ａ）〜（ｂ）参照）。カーボン膜２１ｂの端部を削ることにより、第１の部分（Ｂ）、第２の部分３５、第３の部分３６を形成した（図１１（ｂ））。
【０１８１】
「活性化」処理において、印加電圧の最大値を変えて形成した各電子放出素子に対し、ＡＦＭを用いて第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍとなるようにした。また、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗを３０ｎｍとし、第１の部分（Ｂ）と第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈを８０ｎｍとした。そして、更に、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）を３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、１０ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍとした７種類の電子放出素子作製した。尚、カーボン膜２１ａの端部Ａは削らずにそのままにしたため、端部Ａの膜厚は２０ｎｍであった。この処理を間隙８に沿って、多数の箇所において施した。この処理は、基本的には、間隙８の幅（第１カーボン膜と第２カーボン膜との距離）が周囲に比べて狭くなっているところに対して行った。
【０１８２】
本実施例３で作成した電子放出素子の電子放出特性の測定を実施例１と同様に行った。電子放出効率の算定結果を表５に示し、放出電流Ｉｅの測定結果を表６に示す。
【０１８３】
【表５】
【０１８４】
【表６】
【０１８５】
この結果から、本実施例で作成した電子放出素子は、比較例１、２の素子と比較して、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）によらず、放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていた。
【０１８６】
第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄが１００ｎｍ以上の場合においても、放出電流Ｉｅと電子放出効率ηは比較例１、２の素子より大きい値を示すことが発明者らの計算によりわかっている。そのため、電位を十分に与えられる厚みであれば、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄに大きな制限はない。
【０１８７】
しかしながら、本発明の電子放出素子を用いた画像形成装置においては、しかしながら、本発明の電子放出素子を用いた画像表示装置においては、製造コストや品質上の問題（放電等）から２００ｄ以下にするのが好ましい。
【０１８８】
また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、長時間に渡り上記表５、６の特性を維持できた。
【０１８９】
特性評価後、本実施例で作成した各電子放出素子の断面ＳＥＭ像を観察したところ、第２カーボン膜２１ｂの第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍであり、第２カーボン膜２１ｂの第１の部分と第２カーボン膜２１ｂの第２の部分３５および第３の部分３６の膜厚差ｈが８０ｎｍであった。また、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗが３０ｎｍであった。第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄが３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、１０ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍであることが確認できた。
【０１９０】
さらにまた、基板変質部（凹部）２２も第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間の基板１表面に形成されていることも確認できた。
【０１９１】
（実施例４）
本実施例では、本発明の電子放出素子を多数、マトリクス型配列した電子源を用いた画像表示装置を作成した。以下に本実施例で作成した画像表示装置の製造工程を説明する。
【０１９２】
〈補助電極作成工程〉
基板７１としてアルカリ成分が少ない、厚さ２．８ｍｍのＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）ガラスを用いた。更に、この上にＳｉＯ２膜を１００ｎｍの厚みで成膜した。
【０１９３】
さらに第１および第２補助電極２、３を、基板７１上に多数形成した（図１６）。スパッタ法によって下引き層としてチタニウムＴｉを５ｎｍ、その上に白金Ｐｔを４０ｎｍを成膜した後、ホトレジストを塗布した後に、露光、現像、エッチングという一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。本実施例では第１補助電極２と第２補助電極３との間隔を１０μｍとし、長さを１００μｍとした。
【０１９４】
〈Ｙ方向配線形成工程〉
図１７に示すように、Ｙ方向配線７３を、補助電極３に接続するように、かつ、それらを連結するようにライン状のパターンで形成した。材料には銀Ａｇフォトぺーストインキを用い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから、所定のパターンに露光し現像した。この後４８０℃前後の温度で焼成して配線を形成した。配線の厚さは約１０μｍ、線幅は５０μｍである。このＹ方向配線７３は変調信号が印加される配線として機能する。
【０１９５】
〈絶縁層形成工程〉
図１８に示すように、次の工程で作成するＸ方向配線７２と前述のＹ方向配線７３を絶縁するために、絶縁層７５を配置する。後述するＸ方向配線７２の下であって、且つ、先に形成したＹ方向配線７３を覆うように、絶縁層７５を配置する。Ｘ方向配線７２と補助電極２との電気的接続が可能なように、絶縁層７５の一部にコンタクトホールを開けて形成した。
【０１９６】
具体的には、ＰｂＯを主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光、現像する工程を４回繰り返し、最後に４８０℃前後の温度で焼成した。この絶縁層の厚みは、３０μｍであり、幅は１５０μｍである。
【０１９７】
〈Ｘ方向配線形成工程〉
図１９に示すように、Ｘ方向配線７２は、先に形成した絶縁層７５の上に、Ａｇぺーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させてから、４８０℃前後の温度で焼成した。Ｘ方向配線７２は絶縁層７５を挟んでＹ方向配線２４と交差しており、絶縁層７５のコンタクトホール部分で補助電極２に接続される。このＸ方向配線７２は走査信号が印加される配線として機能する。Ｘ方向配線７２の厚さは、約１５μｍである。
【０１９８】
このようにしてマトリクス配線を有する基板７１が形成された。
【０１９９】
〈第１電極および第２電極形成工程〉
上記マトリクス配線が形成された基板７１を十分にクリーニングした後、撥水剤を含む溶液で表面を処理し、表面が疎水性になるようにした。これはこの後塗布する導電性膜の形成用の水溶液が、補助電極２、３上に適度な広がりをもって配置されるようにすることが目的である。その後、補助電極２，３間にインクジェット塗布方法により、導電性膜４を形成した（図２０）。
【０２００】
本実施例では、インクジェット塗布方法に用いるインクとして、水溶液（水：８５％、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）：１５％）に、パラジウム−プロリン錯体０．１５重量％を溶解した有機パラジウム含有溶液を用いた。この有機パラジウム含有溶液を、ピエゾ素子を用いたインクジェット噴射装置を用いて、ドット径が６０μｍとなるように調整して補助電極２、３間に付与した。その後、この基板７１を空気中にて、３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）からなる導電性膜４とした。ドットの直径は約６０μｍ、厚みは最大で１０ｎｍの膜が得られた。
【０２０１】
次に、上述した工程によって、補助電極２，３と、補助電極２，３間を接続する導電性膜４とで構成されたユニットが多数形成された基板７１を、真空容器の中に配置した。そして、真空容器２３内の圧力を１．３×１０−３Ｐａ以下にした後、還元ガス（Ｎ２＝９８％、Ｈ２＝２％の混合ガス）の真空容器内への導入を開始した後、「フォーミング」処理を行った。
【０２０２】
「フォーミング」処理は、複数のＸ方向配線７２の中から１本づつ順次選択したＸ方向配線に１パルスづつ印加する方法で行った。つまり、「複数のＸ方向配線７２の中から選択した１本のＸ方向配線に１パルス印加した後に、別の１本のＸ方向配線を選択して１パルス印加する」という工程を繰り返した。印加したパルス電圧の波形は、図８（ｂ）に示したような波高値が１パルス毎に漸増する三角波パルスである。パルス幅Ｔ１は１ｍ秒、パルス間隔Ｔ２は１０ｍ秒とした。
【０２０３】
続いて、真空容器内部を排気した後に、「活性化」処理を行った。本実施例では、炭素含有ガスとしてメタノールを用い、真空容器内が１．３×１０−４Ｐａの状態で行った。導入するメタノールの圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０−５Ｐａ〜１×１０−２Ｐａ程度が好適である。「活性化」処理においては、図９（ｂ）に示した両極性のパルス波形を用いた。正極側のＴ１を１ｍｓｅｃ、負極側のＴ１´を０．１ｍｓｅｃとし、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、最大印加電圧値を±２２Ｖとした。このとき補助電極２側に上記パルス波形を印加した。
【０２０４】
「活性化」処理の開始から約６０分後に素子電流Ｉｆが、図１０に示した点線よりも右側の領域に入ったことを確認した後にパルス電圧の印加を停止し、メタノールの導入を止めた。
【０２０５】
以上の工程で、多数の電子放出素子が配置された基板７１を作成することができた。
【０２０６】
尚、上述した工程と同じ工程により、測定用の多数の電子放出素子が配置された基板を用意し、各電子放出素子を断面ＴＥＭで観察したところ、図５に模式的に示したように第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂの端部（間隙８の外縁を形成する部分）は、膜厚が非対称な構成になっていた。また、第１カーボン膜２１ａの膜厚は２０ｎｍ、第２カーボン膜２１ｂの膜厚は１００ｎｍであった。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚が１００ｎｍであった。
【０２０７】
次に、「活性化」処理が終了した電子放出素子を多数有する基板１を真空容器から大気中に取り出し、実施の形態で述べたようにＡＦＭを用いて第２カーボン膜２１ｂの端部の形状を変える処理を行った（図１１（ａ）〜（ｂ）参照）。
【０２０８】
第２カーボン膜２１ｂの端部を削ることにより、図１１を用いて前述した第１の部分Ｂ、第２の部分３５、第３の部分３６をＡＦＭにより形成した（図１１（ｂ））。本実施例では、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔を３０ｎｍとした。また、第１の部分Ｂの膜厚を２０ｎｍとし、第１の部分Ｂと、第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差を８０ｎｍとした。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚は１００ｎｍのままとした。カーボン膜２１ａの端部は削らずそのままにした。この処理を間隙８に沿って、間隙８の幅（第１カーボン膜と第２カーボン膜との距離）が周囲に比べて狭くなっているところに対して行った。さらにこの処理を全ての電子放出素子に対して施した。
【０２０９】
以上の工程で、本実施例の電子源（複数の電子放出素子）が配置された基板７１が形成された。
【０２１０】
次いで、図１４に示したように、上記基板７１の２ｍｍ上方に、ガラス基板８３の内面に蛍光体膜８４とメタルバック８５とが積層されてるフェースプレート８６を支持枠８２を介して配置した。尚、図１４においてはリアプレート８１を基板７１の補強部材として設けた例を示しているが、本実施例では、このリアプレートを省いている。そして、フェースプレート８６、支持枠８２、基板１の接合部を、低融点金属であるＩｎを加熱し冷却することによって封着した。また、この封着工程は、真空チャンバー中で行ったため、排気管を用いずに、封着と封止を同時に行った。
【０２１１】
本実施例では、画像形成部材であるところの蛍光体膜８４は、カラーを実現するために、ストライプ形状（図１５（ａ）参照）の蛍光体とし、先にブラックストライプ９１を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製した。ブラックストライプ９１の材料としては、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。
【０２１２】
また、蛍光膜８４の内面側（電子放出素子側）にはアルミニウムからなるメタルバック８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光体膜８４の内面側に、Ａｌを真空蒸着することで作製した。
【０２１３】
以上のようにして完成した画像表示装置のＸ方向配線およびＹ方向配線を通じて、所望の電子放出素子を選択し、選択した電子放出素子の第２補助電極側の電位が第１補助電極よりも高くなるように、＋２０Ｖのパルス電圧を印加した。そして同時に、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバック７３に８ｋＶの電圧を印加したところ、長時間にわたって明るい良好な画像を表示することができた。
【０２１４】
なお、上記した実施形態および実施例は本発明の一例に過ぎず、上記した各材料、サイズなどについての様々な変形例を本発明は除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０２１５】
【図１】本発明の電子放出素子の一構成例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明による電子放出素子の電子放出部断面における等電位線の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の電子放出素子の別の構成例を模式的に示す平面及び断面図である。
【図４】本発明を説明するための電子放出素子を模式的に示す平面図及び断面図である。
【図５】本発明を説明するための電子放出素子を模式的に示す平面図及び断面図である。
【図６】電子放出素子の測定評価機能を備えた真空装置の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の製造方法の概要を示す模式図である。
【図８】本発明の電子放出素子の製造時におけるフォーミングパルスの一例を示す模式図である。
【図９】本発明の電子放出素子の製造時における活性化パルスの一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の電子放出素子の活性化電流の進行を示す模式図である。
【図１１】本発明の電子放出素子のカーボン膜を削る処理の一例を示す模式図である。
【図１２】電子放出素子の電子放出特性を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施例における電子源基板を説明するための模式図である。
【図１４】本発明の実施例における画像表示装置の一例の構成を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の実施例における蛍光膜を説明するための模式図である。
【図１６】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１７】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１８】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１９】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図２０】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図２１】従来の電子放出素子の一例を示す模式図である。
【図２２】本発明の電子放出素子の形態の一例を示す模式図である。
【図２３】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図である。
【図２４】本発明の画像表示装置を用いた情報表示再生装置の構成の一例である。
【符号の説明】
【０２１６】
１ 基板
８ 間隙
２１ａ 第１導電性膜
２１ｂ 第２導電性膜
３３ 第１の部分
３５ 第２の部分
３６ 第３の部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出素子、電子放出装置及び該電子放出素子を用いた電子源並びに画像表示装置に関する。また、本発明は、テレビジョン放送などの放送信号を受信し、放送信号に含まれる映像情報、文字情報、音声情報を、表示および再生するテレビジョンなどの情報表示再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子放出装置には、電界放出型や表面伝導型などの電子放出素子を用いた電子放出装置がある。表面伝導型電子放出素子は、特許文献１〜３に開示されているように、「活性化」工程と呼ばれる処理を施す場合がある。「活性化」工程とは、一対の導電性膜の間隙内および間隙近傍の導電性膜上にカーボン膜を形成する工程である。図２１は、特許文献３に開示された電子放出素子の断面模式図である。同図において１は基板、４ａ、４ｂは導電性膜、７は第１の間隙、８は第２の間隙、２１ａ、２１ｂはカーボン膜、２２は基板１に形成された凹部である。
【０００３】
このような電子放出素子を複数個配列した電子源を備えた基板と、蛍光体等からなる発光体膜を備えた基板とを対向させて内部を真空に維持することで画像表示装置を構成することができる。
【特許文献１】特開２０００−２５１６４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２５１６４３号公報
【特許文献３】特開２０００−２３１８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年の画像表示装置においては、より明るい表示画像を長期に渡って安定して提供できることが求められている。そのため、より高く、より安定した電子放出効率を実現する電子放出素子が望まれている。ここで、電子放出効率とは、上記一対の導電性膜間に電圧を印加したときに、上記一対の導電性膜間に流れる電流（以下、素子電流Ｉｆと呼ぶ）に対する真空中に放出される電流（以下、放出電流Ｉｅと呼ぶ）との電流比を指す。つまり、素子電流Ｉｆはできるだけ小さく、放出電流Ｉｅはできるだけ大きいことが電子放出素子に望まれている。高い電子放出効率を長時間にわたり安定に制御することができれば、前述の画像表示装置においては、低電力で明るい高品位な画像表示装置（例えばフラットテレビ）が実現できる。
【０００５】
従って、本発明は、電子放出効率が高く、良好な電子放出特性を長時間にわたり実現する電子放出素子、及びそれを用いた電子源並びに画像表示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】
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであって、各々の端部が間隔を置いて対向した、第１導電性膜と第２導電性膜とを備える電子放出素子であって、前記第２導電性膜の端部は、第１の部分と、該第１の部分がその間に配置され且つ前記第１の部分における前記第２導電性膜の膜厚よりも厚い、第２の部分と第３の部分とを備えており、前記第１導電性膜の端部であって、前記第１の部分に対向する部分の膜厚が、前記第２の部分および第３の部分の膜厚よりも小さい、ことをもその特徴とする。
【０００７】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１の部分に対向する部分における前記第１導電性膜の膜厚が、前記第２導電性膜の前記第１の部分の膜厚以上であることをも特徴とする。
【０００８】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１導電性膜の端部は、前記第１の部分と対向する部分を間に挟む第４の部分と第５の部分とを備えており、前記第１導電性膜の端部であって、前記第１の部分に対向する部分と、前記第２導電性膜の端部との距離が、前記第４部分および前記第５部分と前記第２導電膜の端部との間隔（最短距離）よりも小さい、ことをも特徴とする。
【０００９】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、前記第２および第３の部分における前記第２導電性膜の膜厚と、前記第１の部分の膜厚との差が２ｄ以上２００ｄ以下に設定される、ことをも特徴とする。
【００１０】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、前記第２の部分と第３の部分との間隔が、２ｄ以上５０ｄ以下であることをも特徴とする。
【００１１】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離（最短距離）をｄとした時に、前記第２導電性膜の前記第１の部分と、前記第１導電性膜の端部であって前記第１の部分と対向する部分とが対向する方向における、前記第２及び第３の部分の膜厚が、２００ｄ以下であることをも特徴とする。
【００１２】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第２導電性膜の前記第１の部分と前記第１の部分に対向する部分との最短距離が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることをも特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、間隔を置いて配置された第１導電性膜と第２導電性膜とを備え、前記第１導電性膜の電子放出部に対向する前記第２導電性膜の部分の膜厚が、前記第１導電性膜の前記電子放出部における膜厚以下である電子放出素子において、
前記第１導電性膜の電位よりも前記第２導電性膜の電位が高くなる様に、前記第１導電性膜と前記第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、前記電子放出部から電子を放出させた際に、
前記電子放出部と前記電子放出部に対向する前記第２導電性膜の部分とを通る断面内の前記電子放出部近傍において、０．５Ｖｆ［Ｖ］の等電位線が、前記第２導電性膜側よりも前記第１導電性膜側に傾いていることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１導電性膜および前記第２導電性膜が、カーボン膜であることをも特徴とする。
【００１５】
上記本発明の電子放出素子は、また、前記第１導電性膜と前記第２導電性膜との間において、前記基体表面は凹部を有することをも特徴とする。
【００１６】
本発明は、また、複数の上記本発明の電子放出素子を備える電子源、および、上記電子源と発光体とを有する画像表示装置をも、その特徴とするものである。
【００１７】
本発明は、また、受信した放送信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを出力する受信器と、該受信器に接続された上記画像表示装置とを少なくとも備える情報表示再生装置をも、その特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明は、基体表面上に間隔を置いて配置された第１導電性膜と第２導電性膜とを備える電子放出素子と、前記基体表面から距離Ｈ［ｍ］離れて配置されたアノード電極とを具備しており、前記第１導電性膜の電位よりも前記アノード電極の電位が高くなるように前記アノード電極と前記第１導電性膜との間に電圧Ｖａ［Ｖ］を印加すると共に、前記第１導電性膜の電位よりも前記第２導電性膜の電位が高くなるように、前記第１導電性膜と第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、前記第１導電性膜から電子を放出させる電子放出装置であって、
前記駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加した際の、前記第１導電性膜の電子放出部から最短距離ｄに位置する前記第２導電性膜の第１の部分の膜厚が、前記第１導電性膜の前記電子放出部の膜厚以下であり、
前記最短距離ｄが（Ｖｆ×Ｈ）／（π×Ｖａ）よりも小さく、
前記第２導電性膜が、前記第１の部分を間に置く、第２の部分と第３の部分とを備えており、
前記第２の部分および第３の部分における前記第２導電性膜の膜厚が、いずれも、前記第１の部分の膜厚よりも厚い、ことを特徴とする電子放出装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電子放出効率が飛躍的に向上した電子放出素子、電子放出装置を提供することができる。その結果、長期に渡り表示品位に優れた画像表示装置や情報表示再生装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明の電子放出装置によれば、前記第１導電膜の電子放出部近傍における、前記第１、第２導電膜間に印加した電圧の１／２の電圧（０．５Ｖｆ）に相当する等電位面が、前記第１導電膜側に寄っていることで、電子放出部から出射された電子の軌道が変化し、結果としてアノードに到達する放出電流Ｉｅが増加する（効率が増加する）。例えば、前記第１導電膜の端部であって前記第１の部分と対向する部分より前記第２および第３の部分の高さが高いために、該第２および第３の部分の形状に起因して発生する電界により、印加した電圧の１／２の電圧に相当する等電位面を、前記第１導電膜側に寄らせる（傾ける）ことができる。結果としてアノードに到達する放出電流Ｉｅが増加する（効率が増加する）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施形態について述べる。まず、本発明にかかわる電子放出素子の基本的な構成の一例について図１を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の電子放出素子の一部分における斜視模式図である。本発明の電子放出素子においては、図１に示す様な構造を複数含む場合もあるし、また、複数含むことが好ましい。
【００２３】
図１において、１は基板、２１ａは第１導電性膜、２１ｂは第２導電性膜、８は第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間の間隙である。また、３３、３５、３６、３７、３８はそれぞれ上記第１および第２導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の一部分を示している。ＡおよびＢは、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が周囲に比べてより狭くなっている（周囲に比べてより電界が強くなっている）部分において対向する、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂのそれぞれの端部を指している。典型的には、第１導電性膜２１ａの部分Ａは電子放出部と言うことができる。そして、第２導電性膜２１ｂの部分Ｂは、前記部分Ａの最も近くに位置する第２導電性膜２１ｂの部分と言うことができる。そして、この部分Ａと部分Ｂとの間隔が、“ｄ”で定義される。
【００２４】
従って、第１導電性膜２１ａの第４の部分３７と第２導電性膜の第２の部分３５との間隔、および、第１導電性膜の第５の部分３８と第２導電性膜の第３の部分３６との間隔よりも、第２導電性膜２１ｂの第１の部分３３（部分Ｂに相当する）とそれに対向する第１導電性膜２１ａの部分Ａとの間隔ｄが小さい。
【００２５】
そして、第１の部分３３（部分Ｂに相当する）における、第２導電性膜２１ｂの膜厚が、第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５および第３の部分３６における膜厚未満に設定される。このため、第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５および第３の部分３６は、第２導電性膜２１ｂのその他の部分に比べて、基板１の表面から離れているので、「突起部」と呼ぶこともできる。
【００２６】
従って、第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５および第３の部分３６の表面の基板１からの高さと、第１の部分３３（部分Ｂ）の表面の基板１からの高さとには、差分“ｈ”（「突起部の高さ“ｈ”」と呼ぶ事もできる）が存在する。
【００２７】
そして、また、第２導電性膜２１ｂには、少なくとも２つの「突起部」が存在し、この２つの「突起部」間の間隔“ｗ”が存在する。また、突起部の間隔”ｗ”は、実効的には、各々の突起部において最も基板１表面から離れた部分（頂部）同士の間隔として定義することができる。
【００２８】
そして、上記突起部の間隔ｗは、実効的には、２ｄ以上５０ｄ以下に設定されることが好ましい。この範囲であると、高い放出電流Ｉｅおよび電子放出効率が得られる。
【００２９】
また、上記突起部の高さ”ｈ”は、実効的には、一方の突起部の最も基板１表面から離れた部分（頂部）と基板１表面との最短距離から、部分Ｂと基板１表面との最短距離を引いた値として定義することができる。そして、「突起部」の高さｈは、実効的には、２ｄ以上２００ｄ以下に設定されることが好ましい。この範囲であると、高い放出電流Ｉｅおよび電子放出効率が得られる。尚、突起部３５と突起部３６との高さが異なる場合においては、上記条件を高さの低い方の突起部が満たせばよい。
【００３０】
尚、後述するように、本発明の電子放出素子は、さらに、第１導電性膜２１ａに電位を供給するために第１導電性膜２１ａに接続した第１電極、および、第２導電性膜２１ｂに電位を供給するために第２導電性膜２１ｂに接続した第２電極を備える場合もある。
【００３１】
また、本発明の電子放出素子においては、間隙８の外縁の一部を部分Ａと部分Ｂが構成していると言える。また、第１導電性膜２１ａの第４の部分３７、第１導電性膜２１ａの第５の部分３８、第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５、第２導電性膜２１ｂの第３の部分３６もまた間隙８の外縁を構成していると言える。
【００３２】
上記本発明の電子放出素子を駆動する際には、例えば図６に概略構成図を示すように、電子放出素子（２１ａ、２１ｂ、４ａ、４ｂ）はアノード電極４４に対向して配置され、真空中で駆動される。このように電子放出素子の上方に距離Ｈ［ｍ］離れてアノード電極４４を配置することにより、電子放出装置が構成される。そして、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に、第２導電性膜２１ｂの電位の方が高くなるように、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加する。それと同時に、アノード電極４４の電位が第１および第２導電性膜の電位よりも（典型的には第１導電性膜２１ａの電位より）高くなるように、アノード電極４４と第１導電性膜２１ａとの間に電圧Ｖａ［Ｖ］を印加する。このようにすることで、第１導電性膜２１ａの端部と第２導電性膜２１ｂの端部との間（間隙８）に電界が発生する。間隙８に発生する電界の強度を、電子のトンネリングに十分な電界強度に設定することで、第２導電性膜２１ｂの端部により近く配置された第１導電性膜２１ａの端部（図１の部分Ａ）から優先的に電子がトンネルする。そして、トンネルした電子の少なくとも一部がアノード電極４４に到達する。
【００３３】
ここで、本発明の電子放出素子の駆動時（電子放出時）に用いられる電界強度（第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加される電界強度）は、実効的には、１×１０９Ｖ／ｍ以上２×１０１０Ｖ／ｍ未満である。これより小さい電界強度では、トンネルする電子が著しく少なくなり、これより大きい電界強度では、第１導電性膜２１ａおよび／または第２導電性膜２１ｂが強電界によって変形してしまうなどの原因で安定な電子放出が得られない場合が多い。
【００３４】
図１に示す第２の部分３５および第３の部分３６を備えていない電子放出素子に比べ、図１に示す電子放出素子は、第２導電性膜２１ｂに吸収される電子を減らすことができる。その結果、電子放出効率（アノードに到達する電流（Ｉｅ）／第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる電流（Ｉｆ））を飛躍的に向上することができる。この理由としては、部分Ａから第１の部分Ｂに向けてトンネルした電子（部分Ｂ近傍で散乱される電子を含む）が、第２の部分３５および第３の部分３６の形状に起因する電界によって、基板１の表面から離れる方向に向かう作用を強く受けることが挙げられる。
【００３５】
図２（ａ）には、図１における第２導電性膜２１ｂの第１の部分Ｂとそれに対向する第１導電性膜２１ａの部分Ａとを通り、基板１表面に垂直な断面における等電位線の様子を模式的に示している。そのため、図２（ａ）は、本発明の電子放出素子の電子放出部を含む断面における等電位線の様子を模式的に示していると言うこともできる。
【００３６】
そして、図２（ｃ）には、図１における第１導電性膜２１ａの第４の部分３７と第２導電性膜２１ｂの第２の部分３５を通り、基板１表面に垂直な断面における等電位線の様子を模式的に示している。
【００３７】
尚、図２（ｃ）における「電子放出方向」と記されている実線の矢印は、後述する説明のために、図２（ｃ）に示す断面図内に、図２（ａ）で「電子放出方向」と記した矢印と平行な矢印を追加して示したものである。そのため、図２（ｃ）の断面内に存在する第１導電性膜２１ａの部分（３７、３８）から、矢印の方向に電子が放出されることを意味するものではない。
【００３８】
また、図２（ｃ）において点線で示されている矢印は、上記実線で示されている矢印の延長を示している。そして、第２導電性膜２１ｂとこの点線の矢印とが交差する（重なる）長さが、「電子放出が出射される方向に存在する第２導電性膜２１ｂの膜厚」に相当する（後述する実施例においては、「第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚」に相当する）。
【００３９】
尚、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の厚みは非常に薄いので、上記「電子放出が出射される方向に存在する第２導電性膜２１ｂの膜厚」は、実質的に、図１に符号“Ｄ”で示している「突起部」３６、３７の「奥行き」と置き変えて差し支えない。
【００４０】
あるいは、また、基板１表面から離れるに連れて、「突起部」３５、３６の「奥行き」が細くなっているような場合等においては、上記「電子放出が出射される方向に存在する第２導電性膜２１ｂの膜厚」あるいは上記「突起部」３５、３６の「奥行き」は、「基板１表面から最も離れた「突起部」（３５または３６）の頂部（先端）を含む基板１表面に平行な第１平面と第１導電性膜２１ａの部分Ａを含む基板１表面に平行な第２平面との間に位置する、基板１表面に平行な第３平面内の、基板１表面において前記第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが向かい合う方向における、前記第２導電性膜２１ｂの長さ」に置き換えることができる。尚、突起部３５と突起部３６との高さが異なる場合においては、上記第１平面の決定方法は、高さの低い方の突起部に対して適用すればよい。
【００４１】
また、上記第３平面は、第１平面と第２平面との間の中央（第１平面及び第２平面の双方に対して等距離）に設定することが好ましい。また、後述するように、本発明の電子放出素子が、後述する第１電極４ａと第２電極４ｂ（或いは第１補助電極２と第２補助電極３）を備える場合には、上記「前記第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが基板１表面において向かい合う方向」は、第１電極４ａと第２電極４ｂとが向かい合う方向（或いは第１補助電極２と第２補助電極３とが向かい合う方向）に置き換えることができる。
【００４２】
そして、上記“Ｄ”は、図１の部分Ａと部分Ｂとの間の距離をｄとすると、実効的には、２００ｄ以下に設定されることが好ましい。そして、「突起部」３５、３６の構造的および電位的な安定性の観点からは、実用上、上記“Ｄ”は５ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４３】
尚、図２（ａ）および図２（ｃ）は、第１導電性膜２１ａの電位よりも第２導電性膜２１ｂの電位が高くなるように、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を第２導電性膜２１ｂと第１導電性膜２１ａとの間に印加した際に形成される等電位線の様子を示している。
【００４４】
また図２（ｂ）には、上記した第２の部分３５と第３の部分３６が存在せず、間隙８を挟んで対向する部分における第１導電性膜２１ａの膜厚と第２導電性膜２１ｂの膜厚がいずれの場所においてもほぼ同じである電子放出素子の、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとを通り、基板１表面に垂直な断面における等電位線の様子を模式的に示している。尚、図２（ｂ）では、図２（ａ）および図２（ｃ）と同様に、第１導電性膜２１ａの電位よりも第２導電性膜２１ｂの電位が高くなるように、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を第２導電性膜２１ｂと第１導電性膜２１ａとの間に印加した際に形成される等電位線の様子を示している。
【００４５】
尚、図２（ａ）〜（ｃ）は、例えば、図６に示す様な、電子放出素子の上方にアノード電極４４を配置しない状態、あるいは、電子放出素子の上方に距離Ｈ［ｍ］離れてアノード電極が配置されてはいるがアノード電極と第１導電性膜２１ａとの間の電位差がない状態において、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を第２導電性膜２１ｂと第１導電性膜２１ａとの間に印加した際に形成される等電位線の様子を示したものである。即ち、図２（ａ）〜（ｃ）は、アノード電極の電位による間隙８近傍の等電位線への影響が実質的に無視できる状況下において、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を第２導電性膜２１ｂと第１導電性膜２１ａとの間に印加した際に形成される等電位線の様子を示している。
【００４６】
図６に示す様な電子放出装置や後述する画像表示装置においては、電子放出素子の上方に距離Ｈ［ｍ］離れて配置されたアノード電極４４に、後述する範囲の電圧Ｖａ［Ｖ］を印加した状態で、電子放出素子に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加する。そのため、より正確に記すと、電子放出装置や後述する画像表示装置の駆動時においては、電子放出部近傍から離れた領域における等電位線の形態は、アノード電極４４の電位の影響を受けて、図２（ａ）〜（ｃ）に示した様子とは異なる。
【００４７】
しかしがら、電子放出装置や後述する画像表示装置においてアノード電極４４と電子放出素子との間に形成される電界強度は、典型的には、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に形成される（間隙８に印加される）電界強度の１／１０以下である。そのため、電子放出部近傍（間隙８近傍）においては、アノード電極４４の電位をほとんど受けず、図２（ａ）〜（ｃ）に示した等電位線と基本的に同様の形態となる。尚、ここで述べる電子放出部近傍とは、実効的には、図１の部分Ａと部分Ｂとの間の距離をｄとすると、第１導電性膜２１ａの部分Ｂを中心にした、半径が５０ｄの範囲内と定義することができる。また、上記Ｈ［ｍ］は、アノード電極４４と電子放出素子との距離であり、実効的には、電子放出素子が配置される基板１の表面からアノード電極４４までの距離と同等と見なすことができる。
【００４８】
また、図２（ａ）〜（ｃ）においては、第１導電性膜２１ａに電位を供給するために第１導電性膜２１ａに接続する第１電極４ａと、第２導電性膜２１ｂに電位を供給するために第２導電性膜２１ｂに接続する第２電極４ｂとを設けた場合を示している。また、ここでは、第１および第２電極４ａ、４ｂは、それぞれ一つの導電体で構成した例を示している。しかしながら、各々の電極４ａ、４ｂを、複数の導電性膜を接続することで構成された電極に置き換えることも出来る。また、さらに、第１電極４ａに接続する第１補助電極、および、第２電極４ｂに接続する第２補助電極を備えることもできる。
【００４９】
本発明の電子放出素子においては、図２（ａ）に示す様に、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に駆動電圧を印加した際に、当該駆動電圧（電位差）の半分の電圧（電位差）における等電位線（図２（ａ）中の「１／２等電位線」で表示）が、第１導電性膜２１ａ側に傾く（「第１導電性膜２１ａ側に偏っている」あるいは「第１導電性膜２１ａ側に偏在する」と言う事もできる）。このため、第１導電性膜２１ａ側から放出された電子は、上向き（基板１から離れる方向）に力を受け、第２導電性膜２１ｂ側に吸収される電子の量を減らすことができる（アノードに到達する電子の量をふやすことができる）。
【００５０】
一方、上記した第２の部分３５と第３の部分３６が存在しない電子放出素子の場合には、図２（ｂ）に示す様に、「１／２等電位線」は、第１導電性膜と第２導電性膜のほぼ中間に位置する（基板１の表面に対しほぼ垂直な線となる）。そのため、図２（ａ）に示した構造の電子放出素子に比べて、第２導電性膜２１ｂ側に吸収される電子の量が多くなる。
【００５１】
また、本発明の電子放出素子は、前述したように、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が周囲に比べてより狭くなっている部分（図１の部分Ａと部分Ｂ）において、第１導電性膜２１ｂの膜厚（部分Ｂにおける膜厚）は、第２導電性膜２１ａの膜厚（部分Ａにおける膜厚）以下（好ましくは部分Ａにおける膜厚よりも小さい）に設定されることが好ましい。
【００５２】
この様にすれば、優先的に電子が放出されるであろう部分（図１の部分Ａに相当する）から放出された電子（トンネルした電子）が、第２導電性膜２１ｂ側に衝突する（吸収される）可能性をさらに低減することができる。その結果、一層の電子放出効率の向上を達成することができる。尚、図２１に示した従来の電子放出素子においては、間隙８の外縁を形成する第１導電性膜２１ａの端部（本発明の電子放出素子の部分Ａに相当する）の膜厚よりも、間隙８の外縁を形成する第２導電性膜２１ｂの端部（本発明の電子放出素子の部分Ｂに相当する）の膜厚が大きく設定されているように見える。そのため、第１導電性膜２１ａ側から放出された電子のうち、第２導電性膜２１ｂ側に吸収されたり散乱されたりすることで無効電流（素子電流Ｉｆ）になってしまう成分が、本発明の電子放出素子よりも多くなると推測される。また、本発明の電子放出素子においては、図１の部分Ａと部分Ｂとの間の距離ｄは、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂの材料などにもよるが、好ましくは５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以下であり、特に好ましくは５ｎｍ以下である。また、距離ｄの下限は、電子放出のＯＮおよびＯＦＦの制御、ならびに電子放出量の制御性を確保する上で、１ｎｍ以上とすることが好ましい。また、駆動電圧Ｖｆを高くすると、間隙８周辺において、基板１表面の沿面放電現象が発生しやすくなる。特に、上記距離ｄの範囲においては、５０Ｖを超える電圧を駆動電圧とすると、放電現象などに起因する電子放出素子へのダメージが無視できなくなる。従って、上記距離ｄの範囲においては、実用的な駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］としては１０Ｖ以上５０Ｖ以下が好ましい。尚、上記距離ｄおよび駆動電圧Ｖｆの値は、前述した電界強度の範囲を満たすことが求められる。
【００５３】
また、本発明の電子放出素子を駆動する際には、例えば図６に概略構成を示すように電子放出素子はアノード電極４４に対向して配置され、真空中で駆動される。このように電子放出素子の上方にアノード電極４４を配置することにより、電子放出装置が構成される。図６において、１は基板、２１ａおよび２１ｂは前述した第１および第２導電性膜である。また、４１は駆動電圧Ｖｆを印加するための電源、４０は第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、４４はアノード電極、４３はアノード電極４４に電圧Ｖａを印加するための高圧電源、４２は放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。また、電子放出素子及びアノード電極４４は真空装置内に設置される。尚、ここでは、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂに安定に電位を供給するために、第１導電性膜２１ａに接続する第１電極４ａと第２導電性膜２１ｂに接続する第２電極４ｂを用いた例を示した。しかしながら、これらの電極４ａ、４ｂは本発明の電子放出素子にとって必須の構成要件ではない。
【００５４】
図６における基板１と、基板１から離れて配置されたアノード電極４４との距離をＨ［ｍ］、アノード電極４４に印加される電圧（典型的には第１導電性膜２１ａの電位とアノードの電位との差）Ｖａ［Ｖ］、駆動時に第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加する電圧をＶｆ［Ｖ］とした場合に、図１の部分Ａと部分Ｂとの間の距離ｄ［ｍ］を、Ｘｓ＝（Ｖｆ×Ｈ）／（π×Ｖａ）より大きく設定すると、上記した第２の部分３５と第３の部分３６の電位による効果が弱くなる場合がある。そのため、ｄはＸｓ以下であることが好ましい。また、Ｈは、実用的には、１００μｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。また、Ｖａは１ｋＶ以上３０ｋＶ以下、好ましくは７ｋＶ以上２０ｋＶ以下に設定される。そのため、本発明においては、図１の部分Ａと部分Ｂとの間における電界強度（第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加する電界強度と同義）の方が、アノード電極４４と第１導電性膜２１ａとの間における電界強度よりも高い状態で、電子が放出される。より安定な電子放出を実現するためには、好ましくは、部分Ａと部分Ｂとの間における電界強度に比べ、アノード電極４４と第１導電性膜２１ａとの間における電界強度が２桁以上低いことが好ましい。
【００５５】
なお、図１では、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂは、基板１表面に平行な方向において対向し、間隙８を境にして完全に分離された状態が示されている。しかしながら、本発明においては、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが、その一部でつながっている場合もある。つまり、１つの導電性膜の一部に間隙８が形成されている形態であっても良い。即ち、完全に分離されていることが理想ではあるが、微少な領域で、前記第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが繋がっていても、充分な電子放出特性を示しさえすれば良い。
【００５６】
基板１としては、石英ガラス、青板ガラス、あるいは、青板ガラス等にスパッタ法等公知の成膜方法により形成した酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ２）を積層したガラス基板等が挙げられる。この様に、本発明では、基板として、酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ２）を含んだ材料が好ましく用いられる。
【００５７】
第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂとしては、Ｎｉ、Ａｕ、ＰｄＯ、Ｐｄ、Ｐｔ、炭素等からなる導電性膜であれば良い。特には、高い電子放出量、経時的な安定性などの観点から炭素を含む膜（カーボン膜）であることが好ましい。さらには、実用的な範囲としては炭素を７０ａｔｍ％以上含む膜が好ましい。
【００５８】
また、本発明の電子放出素子においては、図３を用いて後述するように、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間（間隙８）において、基板１表面に凹部を備えることが好ましい。このように凹部を備えることで、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる無効な電流を抑制することができる。そして、基板１表面を介した第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間の放電の発生を抑制することができる。
【００５９】
また、本発明の電子放出素子においては、図３を用いて後述するように、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの基板１表面における間隔よりも、基板１表面から上方に離れた位置における第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が狭くなっている構成であることが好ましい。この様な構成を採用することで、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる無効な電流をさらに抑制することができると共に、基板１表面を介した第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間の放電が発生する可能性をさらに抑制することができる。
【００６０】
次に、本発明の電子放出素子の変形例を図３を用いて説明する。図３の電子放出素子は、図１に示した構造を多数備える電子放出素子の例である。図３（ａ）は、本発明の電子放出素子の変形例の平面模式図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＰ―Ｐ’における断面模式図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＱ―Ｑ’における断面模式図である。さらに、図３（ａ）において、点線で四角形状に囲まれている領域の斜視図は、図１と同様の構造である。即ち、図３（ａ）において濃い灰色で示された領域が、図１を用いて説明した第２導電性膜２１ｂの突起部３５、３６に相当する。このように、本発明の電子放出素子においては、第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部が、図１に示したような、直線状に限定されるものではない。また、第１導電性膜および第２導電性膜のそれぞれの端部は、曲線状になっていても良いし、また、構造的な安定性の観点から、曲線状になっていることが好ましい。
【００６１】
また、図３に示す構造においては、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂに安定に電位を供給するために、第１導電性膜２１ａに接続する第１電極４ａと第２導電性膜２１ｂに接続する第２電極４ｂを用いた例を示した。しかしながら、これらの電極４ａ、４ｂは、必ずしも用いなくても良い。また、ここで説明する例においては、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂのそれぞれを、カーボン膜（第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂ）で形成した例である。
【００６２】
図３（ａ）〜図３（ｃ）において、１は基板、４ａは第１電極、４ｂは第２電極、２１ａは前述の第１導電性膜に相当する第１カーボン膜、２１ｂは前述の第２導電性膜に相当する第２カーボン膜、２２は凹部である。また、部分Ａ、部分Ｂは、図１などを用いて説明した、最も間隔が狭い（最も電界が強い）位置を示すものである。また、図３（ｂ）で示す例においては、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの基板１表面における間隔よりも、基板１表面から上方に離れた位置における第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間隔が狭くなっている。
【００６３】
第１電極４ａと第２電極４ｂは、第二の間隙７を挟んで対向している。なお、第１電極４ａと第２電極４ｂは、基板１表面に対して平行な方向において対向し、第二の間隙７を境にして完全に分離されて模式的に示されている。しかしながら、微小な領域でつながっていても良い。第１電極４ａと第２電極４ｂとを、後述する「フォーミング処理」などのように、一つの導電性膜を分離して形成する場合においては、導電性膜の一部に第二の間隙７が形成されている形態ということもできる。即ち、完全に分離されていることが理想ではあるが、微少な領域で、前記第１電極４ａと第２電極４ｂとが繋がっていても、充分な電子放出特性を示しさえすれば良い。また、第１電極４ａおよび第２電極４ｂには、それぞれに電圧を供給するための配線や補助電極が更に接続される場合もある。
【００６４】
第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂは、図３に示す様に、第２の間隙７内の基板１上および、第２の間隙７近傍に位置する第１電極４ａ及び第２電極４ｂ上に配置されることが好ましい。この構成により、カーボン膜（２１ａ、２１ｂ）は、電極（４ａ、４ｂ）と電気的に接続することができる。また、電極（４ａ、４ｂ）が薄膜であった場合には、間隙８近傍の電極をカーボン膜で覆うことで電極（４ａ、４ｂ）のジュール熱などによる変形を抑制することもできる。なお、図３では、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂは基板１表面に対して平行な方向において対向し、第１の間隙８を境にして完全に分離されて模式的に示されているが、一部でつながっている場合もある。つまり、カーボン膜の一部に第１の間隙８が形成されている形態ということもできる。即ち、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂは完全に分離されていることが理想ではあるが、微少な領域で、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとが繋がっていても、充分な電子放出特性を示しさえすれば良い。
【００６５】
第１および第２電極（４ａ、４ｂ）の材料としては、導電性を有するものであればどのようなものであっても構わないが、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或はそれらの合金、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２等の透明導電体、ポリシリコン等の半導体等を用いることが出来る。
【００６６】
また、本発明の電子放出素子は、特には、図２２（ａ）〜図２２（ｃ）に模式的に示すような形態を備えることが好ましい。図２２（ａ）は、間隙８近傍における平面模式図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）における部分Ａと部分Ｂとを通る断面模式図である。図２２（ｃ）は図２２（ｂ）におけるＰ−Ｐ’における断面模式図である。図２２において、図１や図３において用いた符合と同じ符号を付した部材は、同じ部材を示している。また、図２２で示した例においては、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂは、カーボン膜である。図２２に示したように、本発明の電子放出素子の第１および第２導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の外形は、図１や図３などに示す様に平面を組合せた多角形状に限定されるのではなく、曲面同士の組合せや、曲面と平面とを複雑に組合せた形態とすることができる。また、図２２（Ｂ）や図２２（ｃ）に示す様に、凹部２２内にも、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の一部が配置されていることが好ましい。また、部分Ｂを挟む突起部３５と突起部３６の高さｈは、互いに異なっていても良い。尚、図２２（ａ）、（ｃ）、図３（A)、図３（C)、図５（A)、図５（B)において、突起部（３５、３６）と導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の色を変えて示している。しかし、これは、突起部（３５、３６）の理解を容易にするために行ったものであって、材料や組成などが、突起部（３５、３６）と導電性膜（２１ａ、２１ｂ）とで異なることを示すためのものではない。
【００６７】
次に、本発明の電子放出素子の製造方法としては様々な方法が考えられるが、例えば以下の工程（１）〜（５）によって本発明の電子放出素子を形成することができる。
【００６８】
その一例を図１、図３、図６〜図１０を用いて説明する。以下で示す例においては、前述の第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂのそれぞれをカーボン膜で構成している。また、以下では、前述の第１電極４ａに第１補助電極２を接続し、前述の第２電極４ｂに第２補助電極３を接続した例を示す。
【００６９】
（工程１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗浄後、補助電極材料を、真空蒸着法、スパッタ法等により基板１上に堆積する。その後、フォトリソグラフィー技術などにより、第１補助電極２および第２補助電極３を形成する（図７（ａ））。
【００７０】
補助電極２、３の間隔および補助電極２、３の長さおよびその形状は、電子放出素子の応用形態等によって適宜設計される。例えば、後述するテレビジョン等の表示装置に用いる場合では、解像度に対応して設計される。とりわけ、高品位（ＨＤ）テレビでは画素サイズが小さく高精細さが要求される。そのため、電子放出素子のサイズが限定されたなかで、十分な輝度を得るためには、十分な放出電流Ｉｅが得られるように設計される。
【００７１】
補助電極２、３の間隔は、実用的には５μｍ以上１００μｍ以下である。補助電極の膜厚は、実用的には１０ｎｍ以上１０μｍ以下である。
【００７２】
（工程２）基板１上に設けられた第１補助電極２と第２補助電極３との間を接続する導電性膜４を形成する（図７（ｂ））。導電性膜４の製造方法としては、例えば、有機金属溶液を塗布して乾燥することにより、有機金属膜を形成した後に、有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングする方法を採用とすることができる。
【００７３】
導電性膜４の材料としては、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、それらの合金、それらの金属酸化物、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２等の透明導電体、あるいはポリシリコン等の半導体、等を用いることができる。
【００７４】
なお、有機金属溶液としては、前記導電性膜材料のＰｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。なお、ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法、インクジェット法等によって形成することも出来る。
【００７５】
次の工程において「フォーミング」処理を行う場合においては、導電性膜４は、Ｒｓ（シート抵抗）が１０２Ω／□〜１０７Ω／□の抵抗値の範囲で形成されることが好ましい。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現われる値である。抵抗率をρとすればＲｓ＝ρ／ｔである。上記抵抗値を示す膜厚としては、具体的には５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にある。
【００７６】
（工程３）つづいて、「フォーミング」と呼ばれる処理を、補助電極２、３間に電圧を印加することにより行う。この電圧の印加により、導電性膜４の一部に第二の間隙７が形成される。その結果、間隙７を挟んで、基板１表面に対して横方向に、第１電極４ａと第２電極４ｂとを対向して配置することができる。（図７（ｃ））。
【００７７】
「フォーミング」処理以降の電気的処理は、例えば、前述した図６に示す測定評価装置内に前記基板１を配置することで行うことができる。なお、図６に示した測定評価装置は真空装置であり、該真空装置には不図示の排気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で種々の測定評価を行えるようになっている。なお、排気ポンプは、オイルを使用しない、磁気浮上ターボポンプ、ドライポンプ等の高真空装置系と、更に、イオンポンプからなる超高真空装置系から構成することができる。また、本測定評価装置には、不図示のガス導入装置を付設することで、所望の有機物質の蒸気を所望の圧力で真空装置内に導入することができる。また、真空装置全体、及び真空装置内に配置された基板１は、不図示のヒーターにより加熱することができる。
【００７８】
「フォーミング」処理は、パルス波高値が一定である、パルス電圧を繰り返し印加することによって行うことができる。また、パルス波高値を徐々に増加させながら、パルス電圧を印加することによっても行うこともできる。
【００７９】
パルス波高値が一定である場合のパルス波形の例を図８（ａ）に示す。図８（ａ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔（休止時間）であり、Ｔ１は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとすることができる。印加するパルス波形自体は、三角波や矩形波を用いることができる。
【００８０】
次に、パルス波高値を増加させながら、パルス電圧を印加する場合のパルス波形の例を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ、電圧波形のパルス幅とパルス周期であり、Ｔ１は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとすることができる。印加するパルス波形自体は、三角波や矩形波を適宜選択して用いることができる。印加するパルス電圧の波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ、増加させる。
【００８１】
なお、「フォーミング」処理の終了は、上記したパルス電圧の休止時間中に、導電性膜４に悪影響を与えない程度の電圧（例えば０．１Ｖ程度のパルス電圧）を印加して、補助電極２、３間を流れる電流（素子電流Ｉｆ）を測定し、抵抗値を求め、その抵抗値が、例えば「フォーミング」処理前の抵抗の１０００倍以上の抵抗を示した時に「フォーミング」を終了することができる。
【００８２】
また、用いるパルス波高値及びパルス幅、パルス間隔（休止時間）、パルス周期等については上述の値に限られることはない。間隙７が良好に形成されるように、電子放出素子の抵抗値等にあわせて、適当な値を選択することができる。
【００８３】
尚、ここでは、第１電極４ａと第２電極４ｂの形成を、導電性膜に「フォーミング」処理を施して行う方法を示した。しかしながら、本発明においては、フォトリソグラフィー法などの公知のパターニング方法を用いて第１電極４ａと第２電極４ｂを形成することもできる。また、後述する「活性化工程」を用いて第１カーボン膜と第２カーボン膜とを形成する場合には、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間隔が狭いことが好ましいため、前述した「フォーミング」処理を採用することが好ましい。しかしながら、導電性膜４にＦＩＢ（集束イオンビーム）を照射することで導電性膜４に間隙７を形成する手法や、電子ビームリソグラフィー法などを用いて、狭い間隔７を形成することもできる。また、第１補助電極２と第２補助電極３との間隔を、前述した様々な手法により、狭く形成することができれば、第１電極４ａと第２電極４ｂは必ずしも必要としない。しかしながら、低コストに本発明の電子放出素子を作成するためには、後述する「活性化」処理によって形成するカーボン膜に電位を安定に供給するための電極としての前述の補助電極２、３と、「活性化工程」の初期におけるカーボン膜の堆積を安定にそして早く行うために第１電極４ａおよび第２電極４ｂとを用いることが好ましい。
【００８４】
（工程４）次に、「活性化」処理を施す。「活性化」処理は、例えば、図６に示したような真空装置内に炭素含有ガスを導入し、炭素含有ガスを含む雰囲気下で、補助電極２，３間に両極性のパルス電圧を印加することで行うことができる。この処理により、雰囲気中に存在する炭素含有ガスから、第１および第２導電性膜（２１ａ、２１ｂ）としての炭素を含む膜（カーボン膜）を、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間の基板１上および間隙７近傍の第１電極４ａおよび第２電極４ｂ上に形成することができる。その結果、放出電流Ｉｅを著しく増大させることができる。
【００８５】
上記炭素含有ガスとしては有機物質ガスを用いることができる。有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎ Ｈ２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎ Ｈ２ｎ等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。
【００８６】
また、前述した炭素含有ガスは、真空装置内を一度１０―６Ｐａ台の圧力に減圧した後に、真空装置内に導入する事が好ましい。このときの好ましい炭素含有ガスの分圧は、電子放出素子の形態、真空容器の形状や、用いる炭素含有ガスの種類などにより異なるため、適宜設定される。
【００８７】
上記「活性化」処理中に補助電極２，３間に印加する電圧波形としては、例えば図９（ａ）あるいは図９（ｂ）に示したパルス波形を用いることができる。印加する最大電圧値は、実用的な範囲として、１０Ｖ以上２５Ｖ以下の範囲で適宜選択することが好ましい。図９（ａ）中、Ｔ１は、印加するパルス電圧のパルス幅、Ｔ２はパルス周期である。この例では、電圧値は正負の絶対値が等しい場合を示しているが、電圧値は正負の絶対値が異なる場合もある。また、図９（ｂ）中、Ｔ１は正の電圧値のパルス電圧のパルス幅であり、Ｔ１’は負の電圧値のパルス電圧のパルス幅である。Ｔ２はパルス周期である。尚、この例においては、Ｔ１＞Ｔ１’に設定し、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている場合を示しているが、電圧値は正負の絶対値が異なる場合もある。
【００８８】
図１０に「活性化」処理中における素子電流Ｉｆのプロファイルを示す。「活性化」処理は、素子電流の上昇が緩やかになる領域（図１０中の点線から右側の領域）に入った後に終了することが好ましい。
【００８９】
なお、「活性化」処理中に、図９（ａ）に示したような波形の電圧を補助電極２，３間に印加することで、図３（ｂ）に示したような第１カーボン膜２１ａの膜厚と第２カーボン膜２１ｂの膜厚がほぼ等しい形状を形成することができる。
【００９０】
一方、「活性化」処理中に、図９（ｂ）に示した様な、非対称な波形の電圧を補助電極２，３間に印加することで、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように形態の第１および第２カーボン膜を形成することができる。即ち、間隙８の外縁を構成する第２カーボン膜２１ｂの端部の膜厚が、間隙８の外縁を構成する第１カーボン膜２１ａの端部の膜厚よりも厚くなる、非対称の構造を作ることができる。
【００９１】
また、図９（ａ）、（ｂ）に示したどちらの波形を用いても、図１０中の点線から右側の領域であって、点線から十分に離れた領域まで「活性化」処理を行うことで、基板変質部（凹部）２２を形成することができるので好ましい。また、図１０中の点線から右側の領域まで「活性化」処理を行うことで、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示す様に、第１カーボン膜２１ａの端部と第２カーボン膜２１ｂの端部との距離が、基板１表面における距離よりも、基板１表面から上方に離れた位置における距離を狭くすることができる。また、基板変質部（凹部）２２については、次のように考えている。
【００９２】
炭素の近くにＳｉＯ２（基板の材料）が存在する条件下で基板の温度が上昇すると、Ｓｉが消費される。
ＳｉＯ２＋Ｃ→ＳｉＯ↑＋ＣＯ↑
この様な反応が起こることによって基板中のＳｉが消費され、基板表面が削れた形状（凹部）が形成されるのではないかと考える。
【００９３】
基板変質部（凹部）２２を有すると、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの沿面距離を増やすことができる。そのため、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間に駆動時に印加される強電界に起因するとみられる放電現象や、過剰な素子電流Ｉｆの発生を抑制することができる。
【００９４】
本発明における炭素を含む膜である、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂの炭素について説明する。第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂに含まれる炭素は、グラファイト状炭素であることが好ましい。本発明におけるグラファイト状炭素とは、完全なグラファイトの結晶構造を有するもの（いわゆるＨＯＰＧ）、結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの（ＰＧ）、結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったもの（ＧＣ）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及び／あるいはアモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物を指す）を包含する。すなわち、グラファイト粒子間の粒界などの層の乱れが存在していても好ましく用いることができる。
【００９５】
（工程５）次に、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂの形状を図１や図３に示した形状にするための、加工処理を施す。
【００９６】
具体的には、例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すようなＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いる方法により、カーボン膜の形状を図１や図３に示した形状にすることができる。ここでは、第２カーボン膜２１ｂの形状を変える加工処理方法としてＡＦＭを用いた例を説明するが、加工処理法は、ＡＦＭを用いた手法に限定されるものではない。
【００９７】
上記ＡＦＭを用いる方法は、例えば以下のように行うことができる。まず、「活性化」処理で、第２カーボン膜２１ｂの膜厚を第１カーボン膜２１ａの膜厚よりも厚くなるように形成した場合（図９（ｂ）に示した様な、両極性であり、且つ、電圧値またはパルス幅が非対称なパルス電圧を繰り返し印加する手法を用いた場合）においては、まず、ＡＦＭのプローブ（探針）を第２カーボン膜２１ｂの上に位置合わせを行う（図１１（ａ））。そして、ＡＦＭのプローブを第２カーボン膜２１ｂの端部（間隙８の外縁を形成する部分）に接触させてカーボン膜２１ｂの端部を削る（図１１（ｂ））。
【００９８】
カーボン膜２１ｂの端部を削る際には、ＡＦＭのコンタクトモード（接触圧を電圧で制御する）で行うことができる。この手法により、図１を用いて前述した第１の部分（Ｂ）、第２の部分３５、第３の部分３６を形成することができる。この処理を、間隙８に沿う、第２カーボン膜２１ｂの端部（間隙８の外縁を形成するカーボン膜２１ｂの端部）の複数箇所に対して、間隔を置いて、行う。この様に行うことで、図３（ａ）に示すように、図１に示した構造を複数備える電子放出素子を作製することができる。
【００９９】
以上の工程で、図１や図３に示す、本発明の電子放出素子を基本的には形成することができる。また、上記「活性化」処理で形成した第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間隙８の形状を適宜調整することもできる。この場合は、例えば、図２３（ａ）のように、第１カーボン膜２１ａの外縁（間隙８を形作る第１カーボン膜２１ａの端部）をＡＦＭの針（探針）を用いて削ることで、所望の間隙８を形成することができる。勿論、第２カーボン膜の端部を削ることによっても間隙８の形状を制御することも可能である。このように間隙８の形状を制御することで、所望の箇所に前述した部分Ａと部分Ｂとを形成することができる。その後は、図１１（ａ）と同様に、第２カーボン膜２１ｂの端部にＡＦＭの針を移動させて、突起部３５、３６を形成すれば良い（図２３（ｂ）、図２３（ｃ））。また、本発明の電子放出素子の作成方法においては、上記ＡＦＭを用いた加工処理ではなく、図１、図２、図２２（ｃ）、図２３（ｃ）に示した構造を備える電子放出素子を作製することもできる。その一例としては、「活性化」処理の後に、炭素含有ガスを含む雰囲気下で電子線をカーボン膜の所望の箇所に照射することで、突起部３５、３６を形成する方法を採用することもできる。また、上記した「活性化」処理における、（Ｉ）炭素含有ガスの種類や、（ＩＩ）炭素含有ガスの分圧や、（ＩＩＩ）印加する電圧波形や、（ＩＶ）炭素含有ガスを排気するタイミングと電圧印加の停止のタイミングとの関係、（Ｖ）「活性化」時の温度、などを適宜制御することで、上記工程５の加工処理を行わずに、図２２（ｃ）、図２３（ｃ）などで説明した構造の電子放出素子を形成することができるかもしれない。そのため、上記加工処理を行わずに、工程４の「活性化」処理によって、図２２（ｃ）、図２３（ｃ）などで説明した本発明の構造を形成した電子放出素子を本発明は排除するものではない。尚、上記（工程５）の後に（加工処理を行わずに、「活性化」処理だけで図２２（ｃ）、図２３（ｃ）などで説明した構造を形成した場合は（工程４）の後に）、好ましくは、真空中で加熱処理する「安定化」処理を行う。この処理により、「活性化」処理によって基板１表面や、その他の箇所に付着した余分な炭素や有機物を除去することが好ましい。
【０１００】
具体的には、真空容器内で、余分な炭素や有機物質を排気する。真空容器内の有機物質は極力排除することが望ましい。有機物質の分圧としては１．３×１０―８Ｐａ以下まで除去することが好ましい。また、他のガスをも含めた真空容器内の全圧力は、１．３×１０―６Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０―７Ｐａ以下が特に好ましい。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが電子放出素子の電子放出特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いることができる。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることができる。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくすることが好ましい。このときの加熱条件は、１５０℃〜３５０℃、好ましくは２００℃以上でできるだけ長時間行うのが望ましいが、特にこの条件に限るものではない。
【０１０１】
「安定化」処理を行った後に、電子放出素子を駆動する時の雰囲気は、上記「安定化」処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではない。有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分に安定な特性を維持することができる。
【０１０２】
このような真空雰囲気において電子放出素子を駆動することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制できる。その結果、本発明の電子放出素子の形状が維持され、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが安定する。
【０１０３】
次に、本発明の電子放出素子の基本特性について、図６、図１２を用いて説明する。
【０１０４】
図６に示した測定評価装置により測定された、前述した「安定化」処理後の電子放出素子の放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆとの関係の典型的な例を図１２に示す。
【０１０５】
なお、図１２は、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、任意単位で示されている。図１２からも明らかなように、本発明の電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する３つの性質を有する。
【０１０６】
まず第１に、本発明の電子放出素子は、ある電圧（しきい値電圧と呼ぶ；図１２中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加する。一方で、しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【０１０７】
第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。
【０１０８】
第３に、アノード電極４４に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。つまり、アノード電極４４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。
【０１０９】
以上のような電子放出素子の特性を用いると、入力信号に応じて電子放出特性を容易に制御できることになる。さらに、本発明に係る電子放出素子は、安定かつ高輝度な電子放出特性を有するため、多方面への応用が期待できる。
【０１１０】
本発明の電子放出素子の応用例について以下に述べる。
【０１１１】
本発明の電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源あるいは、テレビジョンなどの画像表示装置を構成できる。
【０１１２】
基板上の電子放出素子の配列形式としては、例えば、「はしご型配列」や「マトリクス型配列」が挙げられる。「はしご型配列」では、多数の電子放出素子を並列接続し、この電子放出素子の配列方向（行方向）と直交する方向（列方向）に、個々の電子放出素子の上方に制御電極（グリッド）を配置することにより、各電子放出素子からの電子放出を制御する形態を採用することができる。「マトリクス型配列」では、ｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線を用意し、本発明の電子放出素子の第１導電性膜２１ａをｍ本のＸ方向配線のうちの１本に電気的に接続し、第２導電性膜２１ｂをｎ本のＹ方向配線のうちの１本に電気的に接続する形態を採用することができる（尚、ｍ、ｎは、共に正の整数）。
【０１１３】
次に、マトリクス型配列について詳述する。
【０１１４】
本発明の電子放出素子の前述した３つの基本的特性によれば、放出される電子は、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、しきい値電圧未満では、実質的に電子は放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合でも、個々の電子放出素子に、上記パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、選択した電子放出素子からの電子放出量を制御することができる。
【０１１５】
以下、この原理に基づき構成した、マトリクス型配列の電子源基板の構成について、図１３を用いて説明する。
【０１１６】
ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，……，Ｄｘｍからなり、絶縁性基板７１上に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成される。Ｘ方向配線７２は、金属等からなり、多数の電子放出素子にほぼ均等な電圧が供給される様に、材料、膜厚、配線幅が適宜設定される。ｎ本のＹ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…，Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様の手法、材料により形成することができる。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との間には、不図示の絶縁層が配置される。絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成することができる。材料としてはＳｉＯ２等を用いることができる。
【０１１７】
上記Ｘ方向配線７２のうちの１本と、Ｙ方向配線７３のうちの１本とに、各電子放出素子７４は接続される。
【０１１８】
また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配線７２には、走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が電気的に接続される。一方、Ｙ方向配線７３には、走査信号に同期して、選択された各電子放出素子から放出される電子を変調するための変調信号を印加する不図示の変調信号発生手段が電気的に接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧Ｖｆは、印加される走査信号と変調信号との差電圧として供給される。
【０１１９】
次に、上記のようなマトリクス配列の電子源、及び、画像表示装置の一例について、図１４と図１５を用いて説明する。図１４は画像表示装置を構成する外囲器８８の基本構成図であり、図１５は蛍光膜である。
【０１２０】
図１４において、７１は本発明の電子放出素子７４を複数配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリアプレート、８６はガラスなどの透明基板８３の内面に蛍光膜８４と導電性膜８５等が形成されたフェースプレートである。８２は支持枠である。リアプレート８１、支持枠８２及びフェースプレート８６は、接合部にフリットガラスなどの接着剤を塗布し、大気中や窒素中で、４００℃〜５００℃で加熱することによる封着することができる。この封着された構造体で外囲器８８が構成される。尚、上記導電性膜８５は、図６を用いて説明したアノード電極４４に対応する部材である。
【０１２１】
外囲器８８は、大気中や窒素中で封着して形成した場合には、その後、不図示の排気管を通じ、内部の圧力が所望の真空度（例えば１．３×１０−５Ｐａ程度）に達するまで排気した後、排気管を封止することで内部が真空に維持された外囲器８８を得ることができる。また、封着を、真空中で行えば、上記した排気管を用いずに、部材の接合と同時に封止が行えるので、簡易に内部が真空に維持された外囲器８８を得ることができる。
【０１２２】
また、外囲器８８の封止の前後で、外囲器８８の内部に配置した不図示のゲッターを活性化させる場合もある。上記したように、真空中で封着する場合には、封着の前後で、外囲器８８の内部に配置した不図示のゲッターを活性化させる。このようにすることで、封止後の外囲器８８内部の真空度を維持することができる。
【０１２３】
外囲器８８は、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成することができる。しかし、リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する目的で設けられる。そのため、基板７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要である。その場合は、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８８を構成することができる。
【０１２４】
また、フェースプレート８６とリアプレート８１（基板７１）との間に、スペーサーと呼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持つ外囲器８８を構成することができる。
【０１２５】
図１５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図１４で示した蛍光膜８４の具体的な構成の例である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は単色の蛍光体層９２のみから形成することができる。しかし、カラーの画像表示装置を構成する場合には、蛍光膜８４は、３原色の蛍光体層９２と、各色の蛍光体層９２の間に配置される光吸収部材９１とを含む。光吸収部材９１は好ましくは、黒色の部材を用いることができる。図１５（ａ）は、光吸収部材９１をストライプ状に配列した形態である。図１５（ｂ）は、光吸収部材９１をマトリクス状に配列した形態である。一般に、図１５（ａ）の形態は「ブラックストライプ」と呼ばれ、図１５（ｂ）の形態は「ブラックマトリクス」と呼ばれる。光吸収部材９１を設ける目的は、カラー表示の場合、異なる発光色（典型的には３原色）の蛍光体層９２間における混色等を目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することにある。光吸収部材９１の材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、光の透過及び反射が少ない材料であればこれに限るものではない。また、導電性であっても絶縁性であっても構わない。
【０１２６】
また、蛍光膜８４の内側（リアプレート８１側）には、「メタルバック」などと呼ばれる導電性膜８５が設けられる。導電性膜８５の目的は、蛍光体９２の発光のうち、電子放出素子側へ向かう光をフェースプレート８６側へ鏡面反射することで輝度を向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させること、外囲器８８内で発生した負イオンの衝突による蛍光体のダメージを抑制すること等である。
【０１２７】
導電性膜８５は、好ましくは、アルミニウム膜で形成される。導電性膜８５は、蛍光膜８４作製後、蛍光膜８４の表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」と呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等で堆積することで作製できる。
【０１２８】
フェースプレート８６には、更に蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４とフェースプレート８６との間にＩＴＯなどからなる透明電極（不図示）を設けてもよい。
【０１２９】
上記外囲器８８内の各電子放出素子には、Ｘ方向配線およびＹ方向配線に接続する端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて、電圧が印加される。この構成により、所望の電子放出素子から電子放出させることができる。この時、高圧端子８７を通じ、メタルバック８５に５ｋＶ以上３０ｋＶ以下、好ましくは１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下の電圧を印加する。尚、フェースプレート８６と基板７１との間隔は好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。この様にする事で、選択した電子放出素子から放出された電子は、メタルバックを透過し、蛍光膜８４に衝突する。そして蛍光体を発光させることで、画像を表示することができる。
【０１３０】
なお、以上述べた構成においては、各部材の材料等、詳細な部分は上記した内容に限られるものではなく、目的に応じて適宜変更される。
【０１３１】
また、図１４を用いて説明した本発明の外囲器（画像表示装置）８８を用いて情報表示再生装置を構成することができる。
【０１３２】
具体的には、テレビジョン放送などの放送信号を受信する受信装置と、受信した信号を選曲するチューナーと、選曲した信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを、外囲器（画像表示装置）８８に出力して表示および／あるいは再生させる。この構成によりテレビジョンなどの情報表示再生装置を構成することができる。勿論、放送信号がエンコードされている場合には、本発明の情報表示再生装置はデコーダーも含むことができる。また、音声信号については、別途設けたスピーカーなどの音声再生手段に出力して、外囲器（画像表示装置）８８に表示される映像情報や文字情報と同期させて再生する。
【０１３３】
また、映像情報または文字情報を外囲器（画像表示装置）８８に出力して表示および／あるいは再生させる方法としては、例えば以下のように行うことができる。
【０１３４】
図２４は、本発明に係るテレビジョン装置のブロック図である。受信回路Ｃ２０は、チューナーやデコーダ等からなり、衛星放送や地上波等のテレビ信号、ネットワークを介したデータ放送等を受信し、復号化した映像データをＩ／Ｆ部（インターフェース部）Ｃ３０に出力する。Ｉ／Ｆ部Ｃ３０は、映像データを表示装置の表示フォーマットに変換して上記ディスプレイパネルＣ１１（８８）に画像データを出力する。画像表示装置は、ディスプレイパネル８８、駆動回路Ｃ１２及び制御回路Ｃ１３を含む。制御回路Ｃ１３は、入力した画像データに表示パネルＣ１１に適した補正処理等の画像処理を施すともに、駆動回路Ｃ１２に画像データ及び各種制御信号を出力する。駆動回路Ｃ１２は、入力された画像データに基づいて、ディスプレイパネルＣ１１（８８）の各配線（図１４のＤｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ参照）に駆動信号を出力し、テレビ映像が表示される。受信回路Ｃ２０とＩ／Ｆ部Ｃ３０は、セットトップボックス（ＳＴＢ）として画像表示装置とは別の筐体に収められていてもよいし、また画像表示装置と同一の筐体に収められていてもよい。
【０１３５】
また、インターフェースには、プリンター、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などの画像記録装置や画像出力装置に接続することができる構成とすることもできる。そして、このようにすれば、画像記録装置に記録された画像をディスプレイパネル８８に表示させることもできるし、また、ディスプレイパネル８８に表示させた画像を、必要に応じて加工し、画像出力装置に出力させることもできる情報表示再生装置（またはテレビジョン）を構成することができる。
【０１３６】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明を適用可能な画像表示装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。また、本発明の画像表示装置は、テレビ会議システムやコンピュータ等のシステムと接続することで、様々な情報表示再生装置を構成することができる。
【実施例】
【０１３７】
以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述する。
【０１３８】
（実施例１）
本実施例で作成した基本的な電子放出素子の構成は、図３と同様である。また、本実施例における電子放出素子の製造方法は、基本的には図７、図１１を用いて前述した方法と同様である。以下、図１、図３、図７、図１１を用いて、本実施例の電子放出素子の基本的な構成及び製造方法を説明する。
【０１３９】
（工程−ａ）
最初に、清浄化した石英基板１上に、第１補助電極２と第２補助電極３を形成した（図７（ａ））。
【０１４０】
具体的には、予め基板１上に第１補助電極２と第２補助電極３との間隔に対応するレジストパターンを形成し、その上に電子ビーム蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ４５ｎｍのＰｔを順次堆積した後、レジストパターンを有機溶剤で溶解することでＰｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフして、第１補助電極２と第２補助電極３を形成した。第１補助電極２と第２補助電極３の間隔は２０μｍとし、第１補助電極２および第２補助電極３の幅を５００μｍとした。
【０１４１】
（工程−ｂ）
膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、後述の導電性膜の形状に対応する開口を有するようにパターニングした。その上に有機パラジウム化合物溶液をスピンナーにより回転塗布後、３００℃で１２分間の加熱焼成処理をした。こうして形成された主元素としてＰｄよりなる導電性膜４の膜厚は６ｎｍ、シート抵抗Ｒｓは３×１０４Ω／□であった。
【０１４２】
（工程−ｃ）
Ｃｒ膜及び焼成後の導電性膜４を酸エッチャントによりエッチングして、幅が１００μｍの導電性膜４を形成した（図７（ｂ））。
【０１４３】
以上の（工程−ａ）〜（工程−ｃ）により、基板１上に、第１および第２補助電極２、３および導電性膜４を形成した。
【０１４４】
（工程−ｄ）
次に、導電性膜４を形成した基板１を図６の測定評価装置内に設置し、真空ポンプにて内部が１×１０−６Ｐａの真空度に達するまで排気した後、電源４１より、第１および第２補助電極２、３間に電圧を印加し、「フォーミング」処理を行った。この結果、導電性膜４に第二の間隙７が形成され、第１電極４ａ、第２電極４ｂを形成した（図７（ｃ））。
【０１４５】
「フォーミング」処理に用いた電圧波形を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２はパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１６．７ｍｓｅｃとした。用いたパルスは三角波であり、波高値は０．１Ｖステップで昇圧して、「フォーミング」処理を行った。また、「フォーミング」処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、「フォーミング」処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になった時とし、この時に、第１補助電極２と第２補助電極３間への電圧の印加を終了した。
【０１４６】
（工程−ｅ）
続いて、メタノールをスローリークバルブを通して真空装置内に導入し、１．３×１０−４Ｐａを維持した。この状態で、第１補助電極２と第２補助電極３間に、図９（ｂ）に示した波形のパルス電圧を印加することで「活性化」処理を行った。図９（ｂ）の波形において、Ｔ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ１´を０．１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとした。
【０１４７】
尚、「活性化」処理においては、第１補助電極２は常にグランド電位に固定して、図９（ｂ）に示した波形のパルス電圧を第２補助電極３に印加した。
【０１４８】
約６０分後に、図１０に示した点線よりも右側の領域に充分に入ったのを確認した後、電圧の印加を停止し、スローリークバルブを閉め、「活性化」処理を終了した。その結果、第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂを形成した（図７（ｄ））。
【０１４９】
尚、本工程においては、図９（ｂ）の波形における最大電圧値を±１２Ｖの条件で「活性化」処理を行った電子放出素子と、最大電圧値を±２２Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子と、最大電圧値を±３０Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子をそれぞれ作製した。
【０１５０】
以上の（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同様の製造方法で作成した電子放出素子を用意し、この電子放出素子の平面ＳＥＭ像および断面ＳＥＭ像を観察したところ、「活性化」処理における印加電圧にかかわらず、図５（ａ）、図５（ｂ）に示したように第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂのそれぞれの端部（間隙８の外縁を形成している部分）の膜厚が非対称な構成になっていた。そして、第１カーボン膜２１ａの端部における膜厚（基板１表面からの高さ）は２０ｎｍ、第２カーボン膜２１ｂの端部における膜厚（基板１表面からの高さ）は１００ｎｍであった。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚は１００ｎｍであった。また、各電子放出素子の断面ＴＥＭ像を観察し、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとの間の距離ｄを測定したところ、「活性化」処理における印加電圧を±１２Ｖで行った電子放出素子では２．２ｎｍ、「活性化」処理における印加電圧を±２２Ｖで行った電子放出素子では４．３ｎｍ、「活性化」処理における印加電圧を±３０Ｖで行った電子放出素子では６．１ｎｍであった。
【０１５１】
（工程−ｆ）
次に、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）で作成した本実施例の電子放出素子を、図６の測定評価装置から大気に取り出し、前述したように、ＡＦＭを用いてカーボン膜の形状を変える処理を行った（図１１（ａ）〜（ｂ）参照）。第２カーボン膜２１ｂの端部を削ることにより、第１の部分（Ｂ）、第２の部分３５、第３の部分３６を形成した（図１１（ｂ））。
【０１５２】
上記「活性化」処理において、印加電圧の最大値を変えて形成した各電子放出素子に対し、ＡＦＭを用いて第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍとなるようにした。尚、第１の部分（Ｂ）と第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈ（「突起部」の高さｈ）を８０ｎｍとなるようにした。更に、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗ（「突起部」の間隔ｗ）が、５ｎｍ、９ｎｍ、１３ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍとした９種類の電子放出素子作製した。（「突起部」の高さｈおよび「突起部」の間隔ｗについては図１を参照。）尚、カーボン膜２１ａの端部Ａは削らずにそのままにしたため、端部Ａの膜厚は２０ｎｍであった。この処理を間隙８に沿って、多数の箇所において施した。この処理は、基本的には、間隙８の幅（第１カーボン膜と第２カーボン膜との距離）が周囲に比べて狭くなっているところに対して行った。
【０１５３】
また、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同じ方法で比較例１の電子放出素子を作成した。また、上記工程−ｅにおける電圧波形を変えた以外は、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同じ方法で比較例２の電子放出素子を作成した。尚、比較例１および２の電子放出素子では、上記（工程−ｆ）は行わなかった。
【０１５４】
比較例２の電子放出素子の「活性化」処理においては、図９（ａ）に示した波形を用いた。Ｔ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとした。このとき図９（ａ）の波形における最大電圧値を±１２Ｖの条件で「活性化」処理を行った電子放出素子と、最大電圧値を±２２Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子と、最大電圧値を±３０Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子をそれぞれ作製した。尚、この「活性化」処理においては、第１補助電極２は常にグランド電位に固定して、図９（ｂ）に示した波形のパルス電圧を第２補助電極３に印加した。
【０１５５】
このようにして作成した比較例２の電子放出素子の断面ＳＥＭ像を観察したところ、「活性化」処理における印加電圧に関わらず、基本的に、図４に示したように、第１カーボン膜２１ａの端部および第２カーボン膜２１ｂの端部の膜厚が実質的に同等であり、第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂの膜厚は４０ｎｍであった。また、これら比較例２の電子放出素子の断面ＴＥＭ像を観察し、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間隔ｄを測定したところ、「活性化」処理における印加電圧を±１２Ｖで行った電子放出素子では２．２ｎｍ、「活性化」処理における印加電圧を±２２Ｖで行った電子放出素子では４．３ｎｍ、「活性化」処理における印加電圧を±３０Ｖで行った電子放出素子では６．１ｎｍであった。
【０１５６】
（工程−ｇ）
次に、（工程−ｆ）を終了した本実施例の電子放出素子と、（工程−ｆ）を行わずに（工程−ｅ）までで作成した比較例１，２の電子放出素子を、図６の測定評価装置に設置し、内部を真空にした後、「安定化」処理を行った。具体的には、真空装置及び電子放出素子をヒーターにより加熱して約２５０℃に維持しながら真空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒーターによる加熱を止め、室温に戻したところ真空装置内の圧力は１×１０−８Ｐａ程度に達した。続いて、電子放出特性の測定を行った。
【０１５７】
電子放出特性の測定においては、アノード電極４４と電子放出素子の間の距離Ｈを２ｍｍとし、高圧電源４３によりアノード電極４４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源４１を用いて補助電極２、３の間に、第１補助電極２の電位が第２補助電極３の電位よりも低くなるように電圧を印加した。尚、「活性化」処理の印加電圧を±１２Ｖで行った電子放出素子には、波高値１０Ｖの矩形パルス電圧を印加し、「活性化」処理における印加電圧を±２２Ｖで行った電子放出素子には、波高値２０Ｖの矩形パルス電圧を印加し、「活性化」処理における印加電圧を±３０Ｖで行った電子放出素子には、波高値２８Ｖの矩形パルス電圧を印加した。
【０１５８】
尚、この測定の際には、電流計４０及び電流計４２により、本実施例の電子放出素子及び比較例１および２の電子放出素子の素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅをそれぞれ測定し、電子放出効率を算出した。
【０１５９】
算出された電子放出効率を以下の表１に示し、放出電流Ｉｅの結果を表２に示す。尚、素子電流Ｉｆは「活性化」処理での印加電圧１２Ｖ、２２Ｖ、３０Ｖいずれの場合も０．８ｍＡから１．４ｍＡ程度であった。
【０１６０】
【表１】
【０１６１】
【表２】
【０１６２】
この結果から、本実施例の電子放出素子は、比較例１の電子放出素子と比較して、第２の部分３５と、第３の部分の間隔が２ｄ以上５０ｄ以下の場合に放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていることがわかる。
【０１６３】
また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、長時間に渡り上記表１、２の特性を維持できた。
【０１６４】
特性評価後、本実施例の各電子放出素子の断面ＳＥＭ像を観察したところ、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）は２０ｎｍであった（「奥行き」Ｄについては図１参照）。また、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔が５ｎｍ、９ｎｍ、１３ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍであることが確認された。
【０１６５】
さらにまた、基板変質部（凹部）２２もカーボン膜２１ａ、２１ｂ間の基板１表面に形成されていることも確認された。
【０１６６】
（実施例２）
本実施例では、第１の部分（Ｂ）と第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈを変えた。
【０１６７】
本実施例では、実施例１の（工程−ｆ）のみ以下に説明する方法に変更した以外は、実施例１と同じように形成したので、ここでは、（工程−ｆ）のみについて説明する。比較例１、２も前述したものと同じである。
【０１６８】
（工程−ｆ）
次に、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）で作成した本実施例の電子放出素子を、図６の測定評価装置から大気に取り出し、前述したように、ＡＦＭを用いてカーボン膜の形状を変える処理を行った（図１１（ａ）〜（ｂ）参照）。カーボン膜２１ｂの端部を削ることにより、第１の部分（Ｂ）、第２の部分３５、第３の部分３６を形成した（図１１（ｂ））。
【０１６９】
上記「活性化」処理において、印加電圧の最大値を変えて形成した各電子放出素子に対し、ＡＦＭを用いて第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍとなるようにした。また、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗを３０ｎｍとした。そして、第１の部分（Ｂ）と第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈを３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、９ｎｍ、１１ｎｍ、１３ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍとした９種類の電子放出素子を作製した。尚、カーボン膜２１ａの端部Ａは削らずにそのままにしたため、端部Ａの膜厚は２０ｎｍであった。この処理を間隙８に沿って、多数の箇所において施した。この処理は、基本的には、間隙８の幅（第１カーボン膜と第２カーボン膜との距離）が周囲に比べて狭くなっているところに対して行った。
【０１７０】
本実施例２で作成した電子放出素子の電子放出特性の測定を実施例１と同様に行った。電子放出効率の算定結果を表３に示し、放出電流Ｉｅの測定結果を表４に示す。
【０１７１】
【表３】
【０１７２】
【表４】
【０１７３】
この結果から、本実施例で作成した電子放出素子は、比較例１、２で作成した電子放出素子と比較して、第１の部分（Ｂ）と、第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈが２ｄ以上の場合に放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていることがわかる。
【０１７４】
また、第１の部分（Ｂ）と、第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈが８０ｎｍ以上の場合においても、放出電流Ｉｅと電子放出効率ηは比較例１、２で作成した電子放出素子より大きい値を示すことが発明者らの計算によりわかっているので第１の部分（Ｂ）と、第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈの上限は制限されない。しかしながら、本発明の電子放出素子を用いた画像表示装置においては、製造コストや品質上の問題（放電等）から、膜厚差ｈは２００ｄ以下にするのが好ましい。
【０１７５】
また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、長時間に渡り上記表３、４の特性を維持できた。
【０１７６】
特性評価後、本実施例の各素子を断面ＳＥＭで観察したところ、第２カーボン膜２１ｂの第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍであり、第２カーボン膜２１ｂの第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗが３０ｎｍであった。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）は２０ｎｍであった（「奥行き」Ｄについては図１参照）。また、第２カーボン膜２１ｂの第１の部分（Ｂ）と、第２カーボン膜２１ｂの第２部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈが３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、９ｎｍ、１１ｎｍ、１３ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍであることが確認された。
【０１７７】
さらにまた、基板変質部（凹部）２２も第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間の基板１表面に形成されていることも確認された。
【０１７８】
（実施例３）
本実施例では、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）を変更した。
【０１７９】
本実施例では、実施例１の（工程−ｆ）のみ以下に説明する方法に変更した以外は、実施例１と同じように形成したので、ここでは、（工程−ｆ）のみについて説明する。比較例１、２も実施例１において前述したものと同じである。
【０１８０】
（工程−ｆ）
次に、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）で作成した本実施例の電子放出素子を、図６の測定評価装置から大気に取り出し、前述したように、ＡＦＭを用いてカーボン膜の形状を変える処理を行った（図１１（ａ）〜（ｂ）参照）。カーボン膜２１ｂの端部を削ることにより、第１の部分（Ｂ）、第２の部分３５、第３の部分３６を形成した（図１１（ｂ））。
【０１８１】
「活性化」処理において、印加電圧の最大値を変えて形成した各電子放出素子に対し、ＡＦＭを用いて第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍとなるようにした。また、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗを３０ｎｍとし、第１の部分（Ｂ）と第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差ｈを８０ｎｍとした。そして、更に、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）を３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、１０ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍとした７種類の電子放出素子作製した。尚、カーボン膜２１ａの端部Ａは削らずにそのままにしたため、端部Ａの膜厚は２０ｎｍであった。この処理を間隙８に沿って、多数の箇所において施した。この処理は、基本的には、間隙８の幅（第１カーボン膜と第２カーボン膜との距離）が周囲に比べて狭くなっているところに対して行った。
【０１８２】
本実施例３で作成した電子放出素子の電子放出特性の測定を実施例１と同様に行った。電子放出効率の算定結果を表５に示し、放出電流Ｉｅの測定結果を表６に示す。
【０１８３】
【表５】
【０１８４】
【表６】
【０１８５】
この結果から、本実施例で作成した電子放出素子は、比較例１、２の素子と比較して、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄ（「奥行き」Ｄ）によらず、放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていた。
【０１８６】
第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄが１００ｎｍ以上の場合においても、放出電流Ｉｅと電子放出効率ηは比較例１、２の素子より大きい値を示すことが発明者らの計算によりわかっている。そのため、電位を十分に与えられる厚みであれば、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄに大きな制限はない。
【０１８７】
しかしながら、本発明の電子放出素子を用いた画像形成装置においては、しかしながら、本発明の電子放出素子を用いた画像表示装置においては、製造コストや品質上の問題（放電等）から２００ｄ以下にするのが好ましい。
【０１８８】
また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、長時間に渡り上記表５、６の特性を維持できた。
【０１８９】
特性評価後、本実施例で作成した各電子放出素子の断面ＳＥＭ像を観察したところ、第２カーボン膜２１ｂの第１の部分（Ｂ）の膜厚が２０ｎｍであり、第２カーボン膜２１ｂの第１の部分と第２カーボン膜２１ｂの第２の部分３５および第３の部分３６の膜厚差ｈが８０ｎｍであった。また、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔ｗが３０ｎｍであった。第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚Ｄが３ｎｍ、５ｎｍ、７ｎｍ、１０ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍであることが確認できた。
【０１９０】
さらにまた、基板変質部（凹部）２２も第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間の基板１表面に形成されていることも確認できた。
【０１９１】
（実施例４）
本実施例では、本発明の電子放出素子を多数、マトリクス型配列した電子源を用いた画像表示装置を作成した。以下に本実施例で作成した画像表示装置の製造工程を説明する。
【０１９２】
〈補助電極作成工程〉
基板７１としてアルカリ成分が少ない、厚さ２．８ｍｍのＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）ガラスを用いた。更に、この上にＳｉＯ２膜を１００ｎｍの厚みで成膜した。
【０１９３】
さらに第１および第２補助電極２、３を、基板７１上に多数形成した（図１６）。スパッタ法によって下引き層としてチタニウムＴｉを５ｎｍ、その上に白金Ｐｔを４０ｎｍを成膜した後、ホトレジストを塗布した後に、露光、現像、エッチングという一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。本実施例では第１補助電極２と第２補助電極３との間隔を１０μｍとし、長さを１００μｍとした。
【０１９４】
〈Ｙ方向配線形成工程〉
図１７に示すように、Ｙ方向配線７３を、補助電極３に接続するように、かつ、それらを連結するようにライン状のパターンで形成した。材料には銀Ａｇフォトぺーストインキを用い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから、所定のパターンに露光し現像した。この後４８０℃前後の温度で焼成して配線を形成した。配線の厚さは約１０μｍ、線幅は５０μｍである。このＹ方向配線７３は変調信号が印加される配線として機能する。
【０１９５】
〈絶縁層形成工程〉
図１８に示すように、次の工程で作成するＸ方向配線７２と前述のＹ方向配線７３を絶縁するために、絶縁層７５を配置する。後述するＸ方向配線７２の下であって、且つ、先に形成したＹ方向配線７３を覆うように、絶縁層７５を配置する。Ｘ方向配線７２と補助電極２との電気的接続が可能なように、絶縁層７５の一部にコンタクトホールを開けて形成した。
【０１９６】
具体的には、ＰｂＯを主成分とする感光性のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光、現像する工程を４回繰り返し、最後に４８０℃前後の温度で焼成した。この絶縁層の厚みは、３０μｍであり、幅は１５０μｍである。
【０１９７】
〈Ｘ方向配線形成工程〉
図１９に示すように、Ｘ方向配線７２は、先に形成した絶縁層７５の上に、Ａｇぺーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させてから、４８０℃前後の温度で焼成した。Ｘ方向配線７２は絶縁層７５を挟んでＹ方向配線２４と交差しており、絶縁層７５のコンタクトホール部分で補助電極２に接続される。このＸ方向配線７２は走査信号が印加される配線として機能する。Ｘ方向配線７２の厚さは、約１５μｍである。
【０１９８】
このようにしてマトリクス配線を有する基板７１が形成された。
【０１９９】
〈第１電極および第２電極形成工程〉
上記マトリクス配線が形成された基板７１を十分にクリーニングした後、撥水剤を含む溶液で表面を処理し、表面が疎水性になるようにした。これはこの後塗布する導電性膜の形成用の水溶液が、補助電極２、３上に適度な広がりをもって配置されるようにすることが目的である。その後、補助電極２，３間にインクジェット塗布方法により、導電性膜４を形成した（図２０）。
【０２００】
本実施例では、インクジェット塗布方法に用いるインクとして、水溶液（水：８５％、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）：１５％）に、パラジウム−プロリン錯体０．１５重量％を溶解した有機パラジウム含有溶液を用いた。この有機パラジウム含有溶液を、ピエゾ素子を用いたインクジェット噴射装置を用いて、ドット径が６０μｍとなるように調整して補助電極２、３間に付与した。その後、この基板７１を空気中にて、３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）からなる導電性膜４とした。ドットの直径は約６０μｍ、厚みは最大で１０ｎｍの膜が得られた。
【０２０１】
次に、上述した工程によって、補助電極２，３と、補助電極２，３間を接続する導電性膜４とで構成されたユニットが多数形成された基板７１を、真空容器の中に配置した。そして、真空容器２３内の圧力を１．３×１０−３Ｐａ以下にした後、還元ガス（Ｎ２＝９８％、Ｈ２＝２％の混合ガス）の真空容器内への導入を開始した後、「フォーミング」処理を行った。
【０２０２】
「フォーミング」処理は、複数のＸ方向配線７２の中から１本づつ順次選択したＸ方向配線に１パルスづつ印加する方法で行った。つまり、「複数のＸ方向配線７２の中から選択した１本のＸ方向配線に１パルス印加した後に、別の１本のＸ方向配線を選択して１パルス印加する」という工程を繰り返した。印加したパルス電圧の波形は、図８（ｂ）に示したような波高値が１パルス毎に漸増する三角波パルスである。パルス幅Ｔ１は１ｍ秒、パルス間隔Ｔ２は１０ｍ秒とした。
【０２０３】
続いて、真空容器内部を排気した後に、「活性化」処理を行った。本実施例では、炭素含有ガスとしてメタノールを用い、真空容器内が１．３×１０−４Ｐａの状態で行った。導入するメタノールの圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０−５Ｐａ〜１×１０−２Ｐａ程度が好適である。「活性化」処理においては、図９（ｂ）に示した両極性のパルス波形を用いた。正極側のＴ１を１ｍｓｅｃ、負極側のＴ１´を０．１ｍｓｅｃとし、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、最大印加電圧値を±２２Ｖとした。このとき補助電極２側に上記パルス波形を印加した。
【０２０４】
「活性化」処理の開始から約６０分後に素子電流Ｉｆが、図１０に示した点線よりも右側の領域に入ったことを確認した後にパルス電圧の印加を停止し、メタノールの導入を止めた。
【０２０５】
以上の工程で、多数の電子放出素子が配置された基板７１を作成することができた。
【０２０６】
尚、上述した工程と同じ工程により、測定用の多数の電子放出素子が配置された基板を用意し、各電子放出素子を断面ＴＥＭで観察したところ、図５に模式的に示したように第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂの端部（間隙８の外縁を形成する部分）は、膜厚が非対称な構成になっていた。また、第１カーボン膜２１ａの膜厚は２０ｎｍ、第２カーボン膜２１ｂの膜厚は１００ｎｍであった。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚が１００ｎｍであった。
【０２０７】
次に、「活性化」処理が終了した電子放出素子を多数有する基板１を真空容器から大気中に取り出し、実施の形態で述べたようにＡＦＭを用いて第２カーボン膜２１ｂの端部の形状を変える処理を行った（図１１（ａ）〜（ｂ）参照）。
【０２０８】
第２カーボン膜２１ｂの端部を削ることにより、図１１を用いて前述した第１の部分Ｂ、第２の部分３５、第３の部分３６をＡＦＭにより形成した（図１１（ｂ））。本実施例では、第２の部分３５と第３の部分３６との間隔を３０ｎｍとした。また、第１の部分Ｂの膜厚を２０ｎｍとし、第１の部分Ｂと、第２の部分３５および第３の部分３６との膜厚差を８０ｎｍとした。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚は１００ｎｍのままとした。カーボン膜２１ａの端部は削らずそのままにした。この処理を間隙８に沿って、間隙８の幅（第１カーボン膜と第２カーボン膜との距離）が周囲に比べて狭くなっているところに対して行った。さらにこの処理を全ての電子放出素子に対して施した。
【０２０９】
以上の工程で、本実施例の電子源（複数の電子放出素子）が配置された基板７１が形成された。
【０２１０】
次いで、図１４に示したように、上記基板７１の２ｍｍ上方に、ガラス基板８３の内面に蛍光体膜８４とメタルバック８５とが積層されてるフェースプレート８６を支持枠８２を介して配置した。尚、図１４においてはリアプレート８１を基板７１の補強部材として設けた例を示しているが、本実施例では、このリアプレートを省いている。そして、フェースプレート８６、支持枠８２、基板１の接合部を、低融点金属であるＩｎを加熱し冷却することによって封着した。また、この封着工程は、真空チャンバー中で行ったため、排気管を用いずに、封着と封止を同時に行った。
【０２１１】
本実施例では、画像形成部材であるところの蛍光体膜８４は、カラーを実現するために、ストライプ形状（図１５（ａ）参照）の蛍光体とし、先にブラックストライプ９１を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製した。ブラックストライプ９１の材料としては、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。
【０２１２】
また、蛍光膜８４の内面側（電子放出素子側）にはアルミニウムからなるメタルバック８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光体膜８４の内面側に、Ａｌを真空蒸着することで作製した。
【０２１３】
以上のようにして完成した画像表示装置のＸ方向配線およびＹ方向配線を通じて、所望の電子放出素子を選択し、選択した電子放出素子の第２補助電極側の電位が第１補助電極よりも高くなるように、＋２０Ｖのパルス電圧を印加した。そして同時に、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバック７３に８ｋＶの電圧を印加したところ、長時間にわたって明るい良好な画像を表示することができた。
【０２１４】
なお、上記した実施形態および実施例は本発明の一例に過ぎず、上記した各材料、サイズなどについての様々な変形例を本発明は除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０２１５】
【図１】本発明の電子放出素子の一構成例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明による電子放出素子の電子放出部断面における等電位線の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の電子放出素子の別の構成例を模式的に示す平面及び断面図である。
【図４】本発明を説明するための電子放出素子を模式的に示す平面図及び断面図である。
【図５】本発明を説明するための電子放出素子を模式的に示す平面図及び断面図である。
【図６】電子放出素子の測定評価機能を備えた真空装置の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の製造方法の概要を示す模式図である。
【図８】本発明の電子放出素子の製造時におけるフォーミングパルスの一例を示す模式図である。
【図９】本発明の電子放出素子の製造時における活性化パルスの一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の電子放出素子の活性化電流の進行を示す模式図である。
【図１１】本発明の電子放出素子のカーボン膜を削る処理の一例を示す模式図である。
【図１２】電子放出素子の電子放出特性を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施例における電子源基板を説明するための模式図である。
【図１４】本発明の実施例における画像表示装置の一例の構成を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の実施例における蛍光膜を説明するための模式図である。
【図１６】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１７】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１８】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１９】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図２０】本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【図２１】従来の電子放出素子の一例を示す模式図である。
【図２２】本発明の電子放出素子の形態の一例を示す模式図である。
【図２３】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図である。
【図２４】本発明の画像表示装置を用いた情報表示再生装置の構成の一例である。
【符号の説明】
【０２１６】
１ 基板
８ 間隙
２１ａ 第１導電性膜
２１ｂ 第２導電性膜
３３ 第１の部分
３５ 第２の部分
３６ 第３の部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の端部が間隔を置いて対向した、第１導電性膜と第２導電性膜を備える電子放出素子であって、
前記第２導電性膜の端部は、第１の部分と、該第１の部分がその間に配置され且つ前記第１の部分における前記第２導電性膜の膜厚よりも厚い、第２の部分と第３の部分とを備えており、
前記第１導電性膜の端部であって、前記第１の部分に対向する部分の膜厚が、前記第２の部分および第３の部分の膜厚よりも小さい、ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記第１の部分に対向する部分における前記第１導電性膜の膜厚が、前記第２導電性膜の前記第１の部分の膜厚以上であ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】
前記第１導電性膜の端部は、前記第１の部分と対向する部分を間に置く第４の部分と第５の部分とを更に備えており、
前記第１の部分に対向する部分と前記第２導電性膜の端部との距離が、前記第４部分および前記第５部分と前記第２導電膜の端部との距離よりも小さい、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、
前記第２および第３の部分における前記第２導電性膜の膜厚と、前記第１の部分の膜厚との差が２ｄ以上２００ｄ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、
前記第２の部分と第３の部分との間隔が、２ｄ以上５０ｄ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、
前記第１の部分と前記第１の部分に対向する部分とが対向する方向における、前記第２及び第３の部分の膜厚が、２００ｄ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記第１の部分と前記第１の部分に対向する部分との最短距離が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項８】
間隔を置いて配置された第１導電性膜と第２導電性膜とを備え、前記第１導電性膜の電子放出部に対向する前記第２導電性膜の部分の膜厚が、前記第１導電性膜の前記電子放出部における膜厚以下である電子放出素子において、
前記第１導電性膜の電位よりも前記第２導電性膜の電位が高くなる様に、前記第１導電性膜と前記第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、前記電子放出部から電子を放出させた際に、
前記電子放出部と前記電子放出部に対向する前記第２導電性膜の部分とを通る断面内の前記電子放出部近傍において、０．５Ｖｆ［Ｖ］の等電位線が、前記第２導電性膜側よりも前記第１導電性膜側に傾いている、ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項９】
前記第１導電性膜および前記第２導電性膜が、カーボン膜であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記第１導電性膜と前記第２導電性膜との間において、前記基体表面は凹部を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項１１】
複数の電子放出素子を備える電子源であって、前記複数の電子放出素子の各々が請求項１乃至１０のいずれかに記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源。
【請求項１２】
電子源と発光体とを有する画像表示装置であって、前記電子源が請求項１１に記載の電子源であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
受信した放送信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを出力する受信器と、該受信器に接続された画像表示装置とを少なくとも備える情報表示再生装置であって、前記画像表示装置が請求項１２に記載の画像表示装置であることを特徴とする情報表示再生装置。
【請求項１４】
基体表面上に間隔を置いて配置された第１導電性膜と第２導電性膜とを備える電子放出素子と、前記基体表面から距離Ｈ［ｍ］離れて配置されたアノード電極とを具備しており、前記第１導電性膜の電位よりも前記アノード電極の電位が高くなるように前記アノード電極と前記第１導電性膜との間に電圧Ｖａ［Ｖ］を印加すると共に、前記第１導電性膜の電位よりも前記第２導電性膜の電位が高くなるように、前記第１導電性膜と第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、前記第１導電性膜から電子を放出させる電子放出装置であって、
前記駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加した際の、前記第１導電性膜の電子放出部から最短距離ｄに位置する前記第２導電性膜の第１の部分の膜厚が、前記第１導電性膜の前記電子放出部の膜厚以下であり、
前記最短距離ｄが（Ｖｆ×Ｈ）／（π×Ｖａ）よりも小さく、
前記第２導電性膜が、前記第１の部分を間に置く、第２の部分と第３の部分とを備えており、
前記第２の部分および第３の部分における前記第２導電性膜の膜厚が、いずれも、前記第１の部分の膜厚よりも厚い、ことを特徴とする電子放出装置。
【請求項１】
各々の端部が間隔を置いて対向した、第１導電性膜と第２導電性膜を備える電子放出素子であって、
前記第２導電性膜の端部は、第１の部分と、該第１の部分がその間に配置され且つ前記第１の部分における前記第２導電性膜の膜厚よりも厚い、第２の部分と第３の部分とを備えており、
前記第１導電性膜の端部であって、前記第１の部分に対向する部分の膜厚が、前記第２の部分および第３の部分の膜厚よりも小さい、ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記第１の部分に対向する部分における前記第１導電性膜の膜厚が、前記第２導電性膜の前記第１の部分の膜厚以上であ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】
前記第１導電性膜の端部は、前記第１の部分と対向する部分を間に置く第４の部分と第５の部分とを更に備えており、
前記第１の部分に対向する部分と前記第２導電性膜の端部との距離が、前記第４部分および前記第５部分と前記第２導電膜の端部との距離よりも小さい、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、
前記第２および第３の部分における前記第２導電性膜の膜厚と、前記第１の部分の膜厚との差が２ｄ以上２００ｄ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、
前記第２の部分と第３の部分との間隔が、２ｄ以上５０ｄ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記第１の部分に対向する部分と前記第１の部分との距離をｄとした時に、
前記第１の部分と前記第１の部分に対向する部分とが対向する方向における、前記第２及び第３の部分の膜厚が、２００ｄ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記第１の部分と前記第１の部分に対向する部分との最短距離が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項８】
間隔を置いて配置された第１導電性膜と第２導電性膜とを備え、前記第１導電性膜の電子放出部に対向する前記第２導電性膜の部分の膜厚が、前記第１導電性膜の前記電子放出部における膜厚以下である電子放出素子において、
前記第１導電性膜の電位よりも前記第２導電性膜の電位が高くなる様に、前記第１導電性膜と前記第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、前記電子放出部から電子を放出させた際に、
前記電子放出部と前記電子放出部に対向する前記第２導電性膜の部分とを通る断面内の前記電子放出部近傍において、０．５Ｖｆ［Ｖ］の等電位線が、前記第２導電性膜側よりも前記第１導電性膜側に傾いている、ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項９】
前記第１導電性膜および前記第２導電性膜が、カーボン膜であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記第１導電性膜と前記第２導電性膜との間において、前記基体表面は凹部を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項１１】
複数の電子放出素子を備える電子源であって、前記複数の電子放出素子の各々が請求項１乃至１０のいずれかに記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源。
【請求項１２】
電子源と発光体とを有する画像表示装置であって、前記電子源が請求項１１に記載の電子源であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
受信した放送信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを出力する受信器と、該受信器に接続された画像表示装置とを少なくとも備える情報表示再生装置であって、前記画像表示装置が請求項１２に記載の画像表示装置であることを特徴とする情報表示再生装置。
【請求項１４】
基体表面上に間隔を置いて配置された第１導電性膜と第２導電性膜とを備える電子放出素子と、前記基体表面から距離Ｈ［ｍ］離れて配置されたアノード電極とを具備しており、前記第１導電性膜の電位よりも前記アノード電極の電位が高くなるように前記アノード電極と前記第１導電性膜との間に電圧Ｖａ［Ｖ］を印加すると共に、前記第１導電性膜の電位よりも前記第２導電性膜の電位が高くなるように、前記第１導電性膜と第２導電性膜との間に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加することにより、前記第１導電性膜から電子を放出させる電子放出装置であって、
前記駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加した際の、前記第１導電性膜の電子放出部から最短距離ｄに位置する前記第２導電性膜の第１の部分の膜厚が、前記第１導電性膜の前記電子放出部の膜厚以下であり、
前記最短距離ｄが（Ｖｆ×Ｈ）／（π×Ｖａ）よりも小さく、
前記第２導電性膜が、前記第１の部分を間に置く、第２の部分と第３の部分とを備えており、
前記第２の部分および第３の部分における前記第２導電性膜の膜厚が、いずれも、前記第１の部分の膜厚よりも厚い、ことを特徴とする電子放出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
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【図１０】
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【図１４】
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【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００６−４９１３（Ｐ２００６−４９１３Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１０９８１（Ｐ２００５−１１０９８１）
【出願日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月７日（２００５．４．７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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