電子放出素子、電子源、画像表示装置、および、電子放出素子の製造方法
【課題】熱による特性変化を起こしにくく、安定した電子放出が可能な電子放出膜を備えた電子放出素子、電子源および画像表示装置、並びに、それらの製造方法を提供する。
【解決手段】電子放出素子の電子放出膜が、第１材料からなる第１層と、第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなり前記第１層の中に設けられる複数の粒子と、を有する膜である。第１材料が、酸素と窒素とを含む材料である。詳しくは、第１材料が、酸窒化物、窒素がドープされた酸化物、もしくは、酸素がドープされた窒化物である。粒子の粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。電子放出膜の表面が水素で終端されている。
【解決手段】電子放出素子の電子放出膜が、第１材料からなる第１層と、第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなり前記第１層の中に設けられる複数の粒子と、を有する膜である。第１材料が、酸素と窒素とを含む材料である。詳しくは、第１材料が、酸窒化物、窒素がドープされた酸化物、もしくは、酸素がドープされた窒化物である。粒子の粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。電子放出膜の表面が水素で終端されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出膜を有する電子放出素子、電子源、画像表示装置、および、電子放出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出型（以下、「ＦＥ型」と称する。）の電子放出素子が知られている。特許文献１〜３には、平坦な電子放出膜と、開口（いわゆる「ゲートホール」）をもつゲート電極とを備えるＦＥ型の電子放出素子が開示されている。このような平坦な電子放出膜を有する電子放出素子では、電子放出膜の表面に比較的平坦な等電位面が形成されるため、電子ビームの広がりが小さくなる。
【特許文献１】特開２００４−０７１５３６号公報
【特許文献２】特開平８−０５５５６４号公報
【特許文献３】特開２００５−２６２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
画像表示装置に用いられる電子放出素子には、表示画像の輝度均一性などの信頼性を確保するために安定した電子放出が要求される。具体的には、（１）全ての電子放出素子の電子放出特性が同じであること、（２）電子放出量の経時的な変動がないこと（つまり、電子放出量のゆらぎがないこと）が理想である。
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、多数の金属粒子を内包するタイプの電子放出膜は、金属粒子の粒径などによっては、熱による特性変化（電気抵抗変化）を起こす可能性がある。それゆえ、製造プロセスの加熱工程において個々の電子放出膜の電気抵抗が変化し、電子放出特性にばらつきが生まれることがある。また、画像表示装置を長時間駆動すると、素子自体の発熱や、装置内の他の発熱体の影響によって、電子放出膜の電気抵抗が変化し、電子放出量のゆらぎが生じる可能性もある。本発明者らの検討により、このような熱による特性変化は、電子放出膜内の金属粒子の粒径が小さいほど顕著になることが判ってきた。また、特許文献１では、例えばグラファイトとコバルトのターゲットを同時スパッタすることでコバルトと炭素を含む膜を基板上に形成し、次いで高温で加熱することでコバルトを凝集させて、コバルト粒子を多数内包する炭素膜を形成している。このように、従来は、粒子を内包する電子放出膜を形成するのに複雑な工程を必要とする場合があったり、電子放出膜の構成（材料）によっては、粒径を好ましい大きさに制御することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、熱による特性変化を起こしにくく、安定した電子放出が可能な電子放出膜を備えた電子放出素子、電子源および画像表示装置、並びに、それらの簡易な製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、電子放出膜内の粒子の粒径の制御を容易にするための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は、電子放出膜を備える電子放出素子であって、
前記電子放出膜が、第１材料からなる第１層と、前記第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなり前記第１層の中に設けられる複数の粒子と、を有する膜であり、
前記第１材料が、酸素と窒素とを含む材料であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２態様は、複数の電子放出素子を有する電子源であって、電子放出素子が上記第１態様に係る電子放出素子であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３態様は、電子源と、前記電子源から放出された電子により発光する発光部材と、を備えた画像表示装置であって、電子源が上記第２態様に係る電子源であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４態様は、電子放出素子の製造方法であって、
電子放出膜を形成する工程を有し、
前記電子放出膜を形成する工程が、酸素と窒素とを含む第１材料からなる第１層の中に、前記第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなる複数の粒子を形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱による特性変化を起こしにくく、安定した電子放出が可能な電子放出膜を備えた電子放出素子、電子源および画像表示装置、並びに、それらの製造方法を提供できる。また、電子放出膜内の粒子の粒径の制御が容易になり、大きな粒径を安定に且つ簡易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但し、下記の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは、特に記載のない限りは、この発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
＜電子放出素子の基本構成＞
図１は電子放出素子の模式的な断面図である。この電子放出素子は、基体１の表面上に配置される電子放出膜４を備える。電子放出膜４は、母材層（第１層）３と、この母材層３の中に設けられる複数の粒子５とを、少なくとも有している。図１のように電子放出膜４が基体１の上に直接設けられている場合は、電子放出膜４自身が電極（カソード電極）を兼ねることもできる。なお、好ましくは、基体１と電子放出膜４の間に導電層を設ける。この場合、導電層が電極（カソード電極）の役割をもつ。
【００１４】
母材層３の材料と粒子５の材料は異なっている。母材層３には高抵抗率の材料（好ましくは絶縁性材料）が、粒子５には母材層３の材料よりも電気抵抗率の小さい材料（好ましくは導電性材料）が用いられる。
【００１５】
本実施形態では、母材層３の材料（第１材料）として、酸素と窒素とを含む材料が用いられる。「酸素と窒素とを含む材料」は、典型的には酸窒化物（例えば、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘＮｙ、ＧｅＯｘＮｙが好ましい。）であるが、窒素がドープされた酸化物（窒素ドープ酸化物）もしくは酸素がドープされた窒化物（酸素ドープ窒化物）でもよい。また、酸窒化物、窒素ドープ酸化物、酸素ドープ窒化物のうち２以上の材料が母材層３中に混在していてもよい。電子放出膜４中に占める酸素元素（Ｏ）と窒素元素（Ｎ）の存在比率は、粒子５の材料に依存して適宜決定される。ＯとＮのそれぞれが、電子放出膜４全体に対して数十ａｔｍ％程度存在していることが好ましい。実用的には、電子放出膜４全体に対する酸素の割合は２０ａｔｍ％以上３０ａｔｍ％以下が好ましく、電子放出膜４全体に対する窒素の割合は１０ａｔｍ％以上２０ａｔｍ％以下が好ましい。
【００１６】
粒子５の材料（第２材料）としては、母材層３の材料と固溶し難く、かつ、母材層３の材料との組み合わせにより自己整合的に粒子の形態をとるものが好ましい。そのような材
料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｍｏ、または、これらの合金を用いることができる。特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｉｒのいずれかを用いることが実用上好ましい。このように、前述した母材層３の材料と粒子５の材料を選択したことで、後述する製造方法において、簡易な同時スパッタ法で、粒径が制御された粒子が内包された母材層３を備える電子放出膜が、単一の成膜プロセスで形成することができる。
【００１７】
複数の粒子５は、電子放出膜４中に均一に配置されていてもよいし、ランダムに配置されていてもよい。電子放出膜４中の粒子５の密度はほぼ均一であってもよいし、ばらつきがあってもよい。電子放出膜４の全体に粒子５が配置されていてもよいし、電子放出膜４の一部にのみ粒子５が配置されていてもよい。
【００１８】
粒子５の粒径（直径）は、電子放出膜４の膜厚ｄよりも小さく設定される。電子放出膜４の温度（熱）による電気抵抗変化を小さくするためには、粒子５の粒径は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。電子放出膜４は、電気抵抗率の異なる２つの材料（母材層３と粒子５）から構成されるため、その２つの材料のバランスが電子放出膜全体の特性（電気特性、温度特性）に影響を与えうる。粒子５の粒径が１ｎｍ未満の場合、母材層３の材料の特性の影響が強くなるため、電子放出膜４全体としての電気抵抗が大きくなる。そうなると、良好な電子放出特性が得られないし、熱による特性変化も受けやすくなる。一方、粒子５の粒径が１０ｎｍを越えると、電子放出膜４全体の特性が粒子５の材料の特性に大きく依存してしまい、やはり好ましくない。よって、粒子５の直径を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲に設定することで、所望の電子放出特性を維持しつつ、熱による特性変化を生じにくくすることができる。
【００１９】
なお、従来は、粒子５の粒径を安定に且つ簡易に所望の範囲に制御すること（特に、１ｎｍ以上の粒径を得ること）は困難であった。それに対し、本実施形態では、母材層３の材料に「酸素と窒素とを含む材料」を選択したことにより、上記粒径をもつ粒子５を安定に且つ簡易に形成することができる。
【００２０】
電子放出膜４の膜厚方向における粒子５の間隔は、５ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚方向に並ぶ２つの粒子５が互いに接触していてもよい（つまり、上記間隔は０以上５ｎｍ以下）。粒子５同士が接触していても接触面積は小さく、また、５ｎｍ以下の範囲で離れていれば電子の受け渡しが可能であるので、電子放出電流の変動を抑制する効果を得ることができると考えられる。
【００２１】
図１の電子放出素子は基体１と電子放出膜４の２層構造であるが、上述のように基体１と電子放出膜４の間に導電層を設けることが好ましい。さらに、その導電層と電子放出膜４との間に、抵抗体（抵抗層）を加える形態も好ましい。この抵抗層は、膜状に形成されることが好ましい。そのため、抵抗層は、抵抗膜と呼ぶこともできる。
【００２２】
＜電子放出素子の形態例＞
図２Ａ及び図２Ｂは、電子放出素子の一形態例を示している。図２Ａは平面図であり、図２Ｂは図２Ａのｂ−ｂ´断面図である。この電子放出素子は、基体１、導電層（第１電極）２、電子放出膜４を備える。電子放出膜４の上には、絶縁層６と第２電極７とが設けられている。絶縁層６と第２電極７とを貫通し、電子放出膜４の一部（電子放出部）を露出する、開口２１が設けられている。この形態の電子放出素子では、導電層２の電位よりも高い電位を第２電極７に印加することで、電子放出膜４から電子が放出される。従って、第２電極７が、電子放出膜４から電子を電界放出させるために必要な電界を生成する。第２電極７が、いわゆる「引出し電極」または「ゲート電極」に相当する。開口２１の形状は円形に限らず、矩形や多角形状であっても構わない。
【００２３】
図７Ａ及び図７Ｂは、電子放出素子の他の形態例を示している。図７Ａは平面図であり、図７Ｂは図７Ａのｂ−ｂ´断面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示した形態では、電子放出素子が１つの開口２１（１つの電子放出部）を備えているのに対して、図７Ａ及び図７Ｂに示した形態では、電子放出素子が複数の開口２１（複数の電子放出部）を備えている。図７Ｃは、図７Ｂの電子放出素子の変形例を示している。図７Ｃの電子放出素子では、開口２１の中のみに電子放出膜４が配置されている。
【００２４】
＜電子の放出＞
本実施形態の電子放出素子を用いた電子放出装置（画像表示装置も含む）では、例えば図８に示すように、一般にはトライオード構造（導電層（カソード電極）２、第２電極（ゲート電極）７、アノード電極８）を採用する。第２電極７は、導電層２とアノード電極８の間に配置される。第２電極７の開口２１は、導電層２の一部領域をアノード電極８に対して露出するように形成されており、電子放出膜４は、開口２１内に露出するように、少なくとも導電層２の一部領域上に設けられている。勿論、第２電極７を用いずに、図１に示した電子放出素子に対向する様にアノード電極８を配置して、ダイオード構造の電子放出装置を構成する事も可能である。
【００２５】
図８では、図２Ｂに示した形態の電子放出素子が形成された基体１の表面と実質的に平行になるように、第３電極であるところのアノード電極８が配置されている。アノード電極８には、電子放出膜４と第２電極７の電位よりも高い電位が印加される。駆動時には、第２電極７に、電子放出膜４の電位よりも高い電位を印加することで、電子放出膜４から電子が放出される。典型的には、第２電極７に導電層２の電位よりも高い電位が印加され、そして、第２電極７の電位よりも十分に高い電位がアノード電極８に印加される。放出された電子は、開口２１を通り抜けた後、アノード電極８に引き寄せられ、アノード電極８に衝突する。
【００２６】
＜電子放出素子の製造方法＞
本実施形態の電子放出素子の製造方法の一例を説明する。ただし、この製造方法に、本発明が特に限定されるものではない。つまり、他の製造方法を利用して本発明に係る電子放出素子を製造しても構わない。
【００２７】
図３Ａ〜図３Ｅを参照して、図２Ｂの形態の電子放出素子の製造方法を説明する。
【００２８】
（工程Ａ）
基体１の表面を十分に洗浄した後、その表面上に導電層２を設ける（図３Ａ）。基体１としては、青板ガラスやシリコン基板に酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ２）を積層した積層体や、石英ガラスや、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラスや、アルミナ等セラミックスの絶縁性基板、などを用いることができる。
【００２９】
導電層２は、導電性を有する材料から構成される。導電層２は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成することができる。導電層２の材料は、例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または当該金属を含む合金材料から適宜選択される。或いは、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６、ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、アモルファスカーボン，グラファイト等から適宜選択することもできる。実用的な導電層２の厚さとしては、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲で設定され、好ましくは１００ｎｍ以上１μｍ以下の範囲で選択される。
【００３０】
（工程Ｂ）
ついで導電層２上に、電子放出膜４を形成する（図３Ｂ）。
【００３１】
電子放出膜４は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜技術を用いて形成することができるが、特にその製造方法が限定されるものではない。しかしながら、特に、母材層３の材料と粒子５の材料の同時スパッタ法が好ましい。実用的な電子放出膜４の膜厚としては、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で設定され、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲で選択される。なお、この段階で電子放出膜４を形成せず、開口２１を形成した後で、開口２１の中に露出した導電層２の上に電子放出膜４を選択的に堆積してもよい（例えば、図７Ｃの形態）。
【００３２】
電子放出膜４は、前述したように、材料及び電気抵抗率の異なる、母材層３と、母材層３内に配置された複数の粒子５とから構成されている。母材層３の中に複数の粒子５を内包させる方法は特に限定しないが、好ましくは、母材層３と複数の粒子５とが単一の成膜プロセスで形成されるとよい。後述する同時スパッタ法のような単一の成膜プロセスにすれば、特許文献１のような、加熱による凝集工程（粒子化工程）を削減することができる。そのため、凝集工程における加熱時のオーバーシュート等による望まない特性変化や予期せぬ特性変化を低減できる。また、単一の成膜プロセスにすることで製造方法を単純化でき、コストの低減も図ることができる。
【００３３】
単一の成膜プロセスとしては、具体的には、同時スパッタ法を用いることができる。すなわち、前述した材料からなる母材層３を形成するためのターゲット（例えばＡｌ）と前述した材料からなる粒子５を形成するためのターゲット（例えばＡｕ）を用意し、酸素と窒素を含む混合ガス雰囲気中でこれら２つのターゲットを同時スパッタする。これにより、特許文献１のように成膜工程と凝集工程のような複数の工程を用いなくても、酸窒化物等からなる母材層３の中に多数の粒子５が内包された電子放出膜４を単一の成膜プロセスで形成することができる。この成膜プロセスにおける成膜条件（酸素ガスと窒素ガスの比率など）を適宜変更するだけで、粒子５の粒径の制御や、所望の電子放出特性を有する電子放出膜４を簡易に形成することができる。
【００３４】
（工程Ｃ）
ついで、電子放出膜４上に絶縁層６を堆積する（図３Ｃ）。絶縁層６は、スパッタ法等の一般的な真空成膜法、ＣＶＤ法、真空蒸着法で形成される。実用的な絶縁層６の厚さは、５ｎｍから５０μｍの範囲で設定され、好ましくは１０ｎｍから１０μｍの範囲から選択される。望ましい材料としては酸化シリコン，窒化シリコン，アルミナ，フッ化カルシウム，アンドープダイヤモンドなどの高電界に耐えられる耐圧の高い材料が望ましい。
【００３５】
（工程Ｄ）
更に、絶縁層６に続き第２電極７を堆積する（図３Ｄ）。第２電極７は、導電層２と同様に導電性を有している。第２電極７は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。第２電極７の材料は、例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または合金材料、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６、ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体等から適宜選択される。実用的な第２電極７の厚さとしては、５ｎｍ以上１μｍ以下の範囲で設定され、好ましくは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で選択される。なお、第２電極７と導電層２の材料は同一でもよいし、異なっていてもよい。また、第２電極７と導電層２の形成方法は同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００３６】
（工程Ｅ）
第２電極７上に、フォトリソグラフィー技術などにより第２電極７と絶縁層６とを貫通する開口２１を形成するためのパターン（開口）を有するマスク（不図示）を形成する。そして、上記マスクを用いてエッチングを行い、第２電極７と絶縁層６を貫通し、電子放出膜４上面にまでおよぶ開口２１を形成する。その後、マスクを除去する（図３Ｅ）。尚、エッチングの手法は限定されず、また開口２１の平面形状は、円形に限られるものではない。
【００３７】
（工程Ｆ）
上記工程Ａ〜Ｅを終えた後に、電子放出膜４の表面を水素で終端する工程を設けることが好ましい。電子放出膜４の表面が水素で終端されていると、電子放出膜４の表面から電子が放出されやすくなる。よって、電子放出素子の電子放出特性がさらに向上する。
【００３８】
＜電子放出素子の応用例＞
電子放出素子の応用例について以下に述べる。
【００３９】
基体上に複数の電子放出素子を配列することによって、電子源や画像表示装置を構成することができる。
【００４０】
図４は、複数の電子放出素子を有する電子源の模式的平面図である。複数の電子放出素子４４がＸ方向とＹ方向にマトリクス状に配置されている。４２はＸ方向配線、４３はＹ方向配線である。複数の電子放出素子４４は基体１を共通にしている。
【００４１】
Ｘ方向配線４２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…Ｄｘｍのｍ本の配線からなる。Ｘ方向配線４２は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性材料（典型的には金属）で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線４３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、Ｘ方向配線４２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線４２とｎ本のＹ方向配線４３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している。ここで、ｍ及びｎは共に正の整数である。不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された酸化シリコン等で構成される。
【００４２】
電子放出素子４４の導電層（カソード電極）２はｍ本のＸ方向配線４２のうちの一つに電気的に接続され、第２電極（ゲート電極）７はｎ本のＹ方向配線４３のうちの一つに電気的に接続される。
【００４３】
Ｘ方向配線４２、Ｙ方向配線４３、導電層２、及び、第２電極７は、同一の材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。導電層２の材料とＸ方向配線４２の材料が同一の場合は、Ｘ方向配線４２を第１電極（カソード電極）と呼ぶこともできる。また、第２電極７の材料とＹ方向配線４３の材料が同一の場合は、Ｙ方向配線４３を第２電極（ゲート電極）と呼ぶこともできる。
【００４４】
Ｘ方向配線４２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子４４の行を選択するための、走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段（走査回路）が接続される。一方、Ｙ方向配線４３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子４４の各列に変調信号を印加するための、不図示の変調信号発生手段（変調回路）が接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として定義される。上記構成においては、個々の電子放出素子を選択し、独立に駆動することができる。
【００４５】
このようなマトリクス配置の電子源を用いて構成した画像表示装置について、図５を用
いて説明する。図５は、画像表示装置を構成する表示パネル（「外囲器」と呼ぶ場合もある）５７の一例を示す模式図である。
【００４６】
表示パネル５７は、基体（「リアプレート」と呼ぶ場合もある）１、フェースプレート５６、支持枠５２を備える。フェースプレート５６は、透明な基体５３と、基体の内面に配置された発光部材５４と、アノード電極としての導電性膜（「メタルバック」と呼ぶ場合もある）５５とを有している。発光部材５４は電子源から放出された電子の照射によって発光する発光体であり、例えばＲＧＢの蛍光体から構成される。リアプレート１、支持枠５２、フェースプレート５６をフリットガラス等の接着剤で封着することで、気密容器が構成される。フェースプレート５６とリアプレート１との間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ表示パネルを構成することもできる。
【００４７】
この表示パネル（外囲器）５７を用いて情報表示再生装置を構成することができる。情報表示再生装置とは、映像情報、文字情報、音声情報などを出力する装置である。図９は、情報表示再生装置の一例であ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る。受信回路Ｃ２０は、衛星放送や地上波等のテレビ信号、インターネットなどの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、映像データを画像表示装置Ｃ１０の表示フォーマットに変換する。画像表示装置Ｃ１０は、表示パネル５７、駆動回路Ｃ１２及び制御回路Ｃ１３を含む。制御回路Ｃ１３は、入力された画像データに表示パネル５７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、表示パネル５７の各配線（図５のＤｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ参照）に駆動信号を出力する。これにより、電子放出素子が駆動され、表示パネル５７に画像が表示される。図９の例では、受信回路Ｃ２０とＩ／Ｆ部Ｃ３０は、画像表示装置Ｃ１０とは別の筐体（セットトップボックスＳＴＢ）に収められている。しかし、受信回路とＩ／Ｆ部に相当する回路が画像表示装置Ｃ１０に内蔵されていてもよい。
【００４８】
画像表示装置Ｃ１０が、画像記録装置（デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、ＨＤＤレコーダ、ＤＶＤレコーダなど）が接続されるインターフェースを備えるとよい。これにより、画像記録装置で記録された画像を表示パネル５７に表示することができる。また、画像表示装置Ｃ１０が、画像出力装置（プリンター、別のディスプレイなど）が接続されるインターフェースを備えても良い。これにより、表示パネル５７に表示されている画像を、必要に応じて加工し、画像出力装置に出力することが可能となる。
【実施例１】
【００４９】
図６Ａ〜図６Ｆは、実施例１の電子放出素子の製造方法を示している。
【００５０】
（工程１）
基体１として石英基板を用いた。基体１を十分に洗浄した後、基体１上に導電層２としてＴｉＮ膜をスパッタ法にて１００ｎｍの厚さで成膜した（図６Ａ）。雰囲気ガスは、ＡｒガスとＮ２ガスとを９：１の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００５１】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
Ｒｆ出力 ： ８Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： １．２Ｐａ
ターゲット ： Ｔｉ
【００５２】
（工程２）
次に同時スパッタ法を用いて電子放出膜４を導電層２上に形成した（図６Ｂ）。ターゲットには、ＡｌとＡｕを用い、Ｏ２ガスとＮ２ガスを３：９７の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００５３】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
ＡｌターゲットにかけたＲｆ出力 ： ７．６Ｗ／ｃｍ２
ＡｕターゲットにかけたＲｆ出力 ： ０．２２Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： ０．５Ｐａ
【００５４】
成膜された電子放出膜４は、図１のように膜中に複数の粒子が存在している形態であった。電子放出膜４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）で定性分析すると、電子放出膜４の主体は、ＡｌＯＮであり、粒子５はＡｕであることを確認することができた。電子放出膜４の膜厚は、３０ｎｍであり、粒子５の粒径（直径）は、７．５ｎｍであった。
【００５５】
（工程３）
電子放出膜４上に、プラズマＣＶＤ法により絶縁層６としてＳｉＯ２を１０００ｎｍ成膜した（図６Ｃ）。
【００５６】
（工程４）
絶縁層６上に、第２電極７として、Ｐｔを１００ｎｍの厚さになるように成膜した（図６Ｄ）。
【００５７】
（工程５）
次いで、第２電極７上に、ポジ型フォトレジストをスピンコートし、フォトマスクパターン（円形）を露光、現像し、不図示のマスクパターンを形成した。マスクパターンは、円形の開口を備えている。このときの開口径は、１．５μｍとした。尚、開口の数は、図７に示した様に複数個形成してもよく、特に限定されるものではない。
【００５８】
（工程６）
ドライエッチングにより、電子放出膜４の表面が露出するまで、前記マスクパターンの開口の直下に位置する第２電極７および絶縁層６をエッチングし、開口２１を形成した（図６Ｅ）。
【００５９】
（工程７）
残ったマスクパターン（不図示）を、剥離液にて除去し、水洗を行った。
【００６０】
（工程８）
次に、アセチレンと水素の混合ガス雰囲気中で、基体１を５５０℃で３００分間熱処理を行い、Ａｕ粒子５を内包するＡｌＯＮ膜（即ち電子放出膜４）を形成した（図６Ｆ）。
【００６１】
以上の工程で、実施例１の電子放出素子を完成させた。
【００６２】
このように作製した電子放出素子の電子放出特性を測定した。測定に際しては、図８に示すように、本実施例で作製した電子放出素子の上方に、アノード電極８を配置した。そして、アノード電極８、導電層２、第２電極７にそれぞれ電位を印加して、電子放出量を測定した。印加電圧はＶａ＝１０ｋＶ、Ｖｂ＝２０Ｖとし、電子放出膜４とアノード電極８との距離Ｈを２ｍｍとした。
【００６３】
一方、比較例として、Ａｕ粒子を多数内包する酸化アルミ膜を電子放出膜として用いた
電子放出素子、および、Ａｕ粒子を多数内包する窒化アルミ膜を電子放出膜として用いた電子放出素子を作製した。尚、どちらの電子放出膜も、同時スパッタ法により形成したが、Ａｕ粒子の粒径が１ｎｍより小さくなってしまった。一方、本実施例の膜では、所定の大きな粒径のＡｕ粒子を安定に形成することができる。
【００６４】
電子放出特性の安定性については、同条件で多数の電子放出素子を作製し、それらの電子放出量のバラツキの大小を評価した。電子放出量のゆらぎについては、電子放出量のデータを数分おきに取得し、そのゆらぎ（σ／μ）を評価した。
【００６５】
その結果、粒径の小さい従来の電子放出素子では、電子放出特性の再現性が乏しく（素子ごとのバラツキが大きく）、安定性が悪かったのに対し、実施例１の電子放出素子はほぼ同じ電子放出特性を示しており高い安定性を実現できた。また、従来の電子放出素子に比べて、実施例１の電子放出素子は電子放出量のゆらぎも十分小さかった。
【実施例２】
【００６６】
図６Ａ〜図６Ｆを参照して、実施例２の電子放出素子の製造方法を説明する。
【００６７】
（工程１）
基体１として石英基板を用いた。基体１を十分に洗浄した後、基体１上に導電層２としてＴｉＮ膜をスパッタ法にて１００ｎｍの厚さで成膜した（図６Ａ）。雰囲気ガスは、ＡｒガスとＮ２ガスとを９：１の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００６８】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
Ｒｆ出力 ： ８Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： １．２Ｐａ
ターゲット ： Ｔｉ
【００６９】
（工程２）
次に同時スパッタ法を用いて電子放出膜４を導電層２上に形成した（図６Ｂ）。ターゲットには、ＡｌとＩｒを用い、Ｏ２ガスとＮ２ガスを３：９７の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００７０】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
ＡｌターゲットにかけたＲｆ出力 ： ７．６Ｗ／ｃｍ２
ＩｒターゲットにかけたＲｆ出力 ： ０．１５Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： ０．５Ｐａ
【００７１】
成膜された電子放出膜４は、図１のように膜中に複数の粒子が存在している形態であった。電子放出膜４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）で定性分析すると、電子放出膜４の主体は、ＡｌＯＮであり、粒子５はＩｒであることを確認することができた。電子放出膜４の膜厚は、３０ｎｍであり、粒子５の粒径（直径）は、１．０ｎｍであった。
【００７２】
（工程３）
電子放出膜４上に、プラズマＣＶＤ法により絶縁層６としてＳｉＯ２を１０００ｎｍ成膜した（図６Ｃ）。
【００７３】
（工程４）
絶縁層６上に、第２電極７として、Ｐｔを１００ｎｍの厚さになるように成膜した（図６Ｄ）。
【００７４】
（工程５）
次いで、第２電極７上に、ポジ型フォトレジストをスピンコートし、フォトマスクパターン（円形）を露光、現像し、不図示のマスクパターンを形成した。マスクパターンは、円形の開口を備えている。このときの開口径は、１．５μｍとした。尚、開口の数は、図７に示した様に複数個形成してもよく、特に限定されるものではない。
【００７５】
（工程６）
ドライエッチングにより、電子放出膜４の表面が露出するまで、前記マスクパターンの開口の直下に位置する第２電極７および絶縁層６をエッチングし、開口２１を形成した（図６Ｅ）。
【００７６】
（工程７）
残ったマスクパターン（不図示）を、剥離液にて除去し、水洗を行った。
【００７７】
（工程８）
次に、アセチレンと水素の混合ガス雰囲気中で、基体１を５５０℃で３００分間熱処理を行い、表面が水素で終端された、Ｉｒ粒子５を内包するＡｌＯＮ膜（即ち電子放出膜４）を形成した（図６Ｆ）。
【００７８】
以上の工程で、実施例２の電子放出素子を完成させた。
【００７９】
このように作製した電子放出素子の電子放出特性を実施例１と同様の方法で測定したところ、実施例２の電子放出素子も安定した電子放出特性を示し、電子放出量のゆらぎも小さいことを確認できた。
【００８０】
さらに、電子放出量のゆらぎを比較するために、比較例として、上記工程２で形成する電子放出膜の母材をＡｌＯ（酸化物）、粒子がＩｒである電子放出素子ＣＥを作製した。スパッタ条件は、以下の通りである。ターゲットには、ＡｌとＩｒを用い、Ｏ２ガスを用いた。
【００８１】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
ＡｌターゲットにかけたＲｆ出力 ： ７．６Ｗ／ｃｍ２
ＩｒターゲットにかけたＲｆ出力 ： ０．１５Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： ０．５Ｐａ
【００８２】
成膜された電子放出膜は、膜中に複数の粒子が存在している形態であった。電子放出膜４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）で定性分析すると、電子放出膜の主体はＡｌＯであり、粒子はＩｒであることを確認することができた。電子放出膜の膜厚は、３０ｎｍであり、粒子の粒径（直径）は、０．６ｎｍであった。
【００８３】
この電子放出素子ＣＥは、Ｉｒ粒子の粒径と母材層がＡｌＯで形成されていること以外は、実施例２の電子放出素子と同じである。
【００８４】
そして、実施例２の電子放出素子の電子放出量のゆらぎと、比較例の電子放出素子ＣＥの電子放出量のゆらぎを比較すると、実施例２の電子放出素子の電子放出量のゆらぎの方が非常に小さかった。
【実施例３】
【００８５】
図６Ａ〜図６Ｆを参照して、実施例３の電子放出素子の製造方法を説明する。
【００８６】
（工程１）
基体１として石英基板を用いた。基体１を十分に洗浄した後、基体１上に導電層２としてＴｉＮ膜をスパッタ法にて１００ｎｍの厚さで成膜した（図６Ａ）。雰囲気ガスは、ＡｒガスとＮ２ガスとを９：１の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００８７】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
Ｒｆ出力 ： ８Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： １．２Ｐａ
ターゲット ： Ｔｉ
【００８８】
（工程２）
次に同時スパッタ法を用いて電子放出膜４を導電層２上に形成した（図６Ｂ）。ターゲットには、ＡｌとＡｇを用い、Ｏ２ガスとＮ２ガスを３：９７の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００８９】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
ＡｌターゲットにかけたＲｆ出力 ： ７．６Ｗ／ｃｍ２
ＡｇターゲットにかけたＲｆ出力 ： ０．３０Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： ０．５Ｐａ
【００９０】
成膜された電子放出膜４は、図１のように膜中に複数の粒子が存在している形態であった。電子放出膜４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）で定性分析すると、電子放出膜４の主体は、ＡｌＯＮであり、粒子５はＡｇであることを確認することができた。電子放出膜４の膜厚は、３０ｎｍであり、粒子５の粒径（直径）は、９．５ｎｍであった。
【００９１】
（工程３）
電子放出膜４上に、プラズマＣＶＤ法により絶縁層６としてＳｉＯ２を１０００ｎｍ成膜した（図６Ｃ）。
【００９２】
（工程４）
絶縁層６上に、第２電極７として、Ｐｔを１００ｎｍの厚さになるように成膜した（図６Ｄ）。
【００９３】
（工程５）
次いで、第２電極７上に、ポジ型フォトレジストをスピンコートし、フォトマスクパターン（円形）を露光、現像し、不図示のマスクパターンを形成した。マスクパターンは、円形の開口を備えている。このときの開口径は、１．５μｍとした。尚、開口の数は、図７に示した様に複数個形成してもよく、特に限定されるものではない。
【００９４】
（工程６）
ドライエッチングにより、電子放出膜４の表面が露出するまで、前記マスクパターンの開口の直下に位置する第２電極７および絶縁層６をエッチングし、開口２１を形成した（図６Ｅ）。
【００９５】
（工程７）
残ったマスクパターン（不図示）を、剥離液にて除去し、水洗を行った。
【００９６】
（工程８）
次に、アセチレンと水素の混合ガス雰囲気中で、基体１を５５０℃で３００分間熱処理を行い、Ａｇ粒子５を内包するＡｌＯＮ膜（即ち電子放出膜４）を形成した（図６Ｆ）。
【００９７】
以上の工程で、実施例３の電子放出素子を完成させた。
【００９８】
このように作製した電子放出素子の電子放出特性を実施例１と同様の方法で測定したところ、実施例３の電子放出素子も安定した電子放出特性を示し、電子放出量のゆらぎも小さいことを確認できた。
【実施例４】
【００９９】
上記実施例３で作製した電子放出素子を用いて、図５に示すような表示パネル５７を作製した。
【０１００】
電子放出素子４４を、Ｘ方向に１００個、Ｙ方向に１００個、マトリクス状に配置した。配線は図５に示したようにＸ方向配線４２（Ｄｘ１〜Ｄｘｍ）を導電層２に接続し、Ｙ方向配線４３（Ｄｙ１〜Ｄｙｎ）を第２電極７に接続した。電子源（リアプレート１）の上方には発光部材５４とアノード電極であるメタルバック５５を配置した。図５では、１つの電子放出素子４４に開口が一つ形成されている例を示しているが、開口の数は一つに限定されるものではなく、複数の開口を備えていても構わない。
【０１０１】
接着剤としてインジウムを用いてリアプレート１とフェースプレート５６とを支持枠５２に封着した。この結果、単純マトリクス駆動が可能で、高精細で、輝度ばらつきが少なく、長期に渡って安定な画像を表示することのできる表示パネル５７が作製できた。またこの表示パネル５７に駆動回路等を接続することで良好な画像表示装置が作製できた。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】図１は、電子放出素子の基本構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２Ａは、電子放出素子の一形態例の平面図であり、図２Ｂは、図２Ａのｂ−ｂ´断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｅは、電子放出素子の製造方法の一例を示した模式図である。
【図４】図４は、電子源の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】図５は、表示パネルの構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｆは、実施例の電子放出素子の製造方法を示す模式図である。
【図７】図７Ａは、電子放出素子の他の形態例の平面図であり、図７Ｂは、図７Ａのｂ−ｂ´断面図であり、図７Ｃは、変形例である。
【図８】図８は、電子放出素子を用いた電子放出装置の模式図である。
【図９】図９は、情報表示再生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 基体
２ 導電層（第１電極、カソード電極）
３ 母材層（第１層）
４ 電子放出膜
５ 粒子
６ 絶縁層
７ 第２電極（ゲート電極）
８ アノード電極（第３電極）
２１ 開口
４４ 電子放出素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出膜を有する電子放出素子、電子源、画像表示装置、および、電子放出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出型（以下、「ＦＥ型」と称する。）の電子放出素子が知られている。特許文献１〜３には、平坦な電子放出膜と、開口（いわゆる「ゲートホール」）をもつゲート電極とを備えるＦＥ型の電子放出素子が開示されている。このような平坦な電子放出膜を有する電子放出素子では、電子放出膜の表面に比較的平坦な等電位面が形成されるため、電子ビームの広がりが小さくなる。
【特許文献１】特開２００４−０７１５３６号公報
【特許文献２】特開平８−０５５５６４号公報
【特許文献３】特開２００５−２６２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
画像表示装置に用いられる電子放出素子には、表示画像の輝度均一性などの信頼性を確保するために安定した電子放出が要求される。具体的には、（１）全ての電子放出素子の電子放出特性が同じであること、（２）電子放出量の経時的な変動がないこと（つまり、電子放出量のゆらぎがないこと）が理想である。
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、多数の金属粒子を内包するタイプの電子放出膜は、金属粒子の粒径などによっては、熱による特性変化（電気抵抗変化）を起こす可能性がある。それゆえ、製造プロセスの加熱工程において個々の電子放出膜の電気抵抗が変化し、電子放出特性にばらつきが生まれることがある。また、画像表示装置を長時間駆動すると、素子自体の発熱や、装置内の他の発熱体の影響によって、電子放出膜の電気抵抗が変化し、電子放出量のゆらぎが生じる可能性もある。本発明者らの検討により、このような熱による特性変化は、電子放出膜内の金属粒子の粒径が小さいほど顕著になることが判ってきた。また、特許文献１では、例えばグラファイトとコバルトのターゲットを同時スパッタすることでコバルトと炭素を含む膜を基板上に形成し、次いで高温で加熱することでコバルトを凝集させて、コバルト粒子を多数内包する炭素膜を形成している。このように、従来は、粒子を内包する電子放出膜を形成するのに複雑な工程を必要とする場合があったり、電子放出膜の構成（材料）によっては、粒径を好ましい大きさに制御することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、熱による特性変化を起こしにくく、安定した電子放出が可能な電子放出膜を備えた電子放出素子、電子源および画像表示装置、並びに、それらの簡易な製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、電子放出膜内の粒子の粒径の制御を容易にするための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は、電子放出膜を備える電子放出素子であって、
前記電子放出膜が、第１材料からなる第１層と、前記第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなり前記第１層の中に設けられる複数の粒子と、を有する膜であり、
前記第１材料が、酸素と窒素とを含む材料であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２態様は、複数の電子放出素子を有する電子源であって、電子放出素子が上記第１態様に係る電子放出素子であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３態様は、電子源と、前記電子源から放出された電子により発光する発光部材と、を備えた画像表示装置であって、電子源が上記第２態様に係る電子源であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４態様は、電子放出素子の製造方法であって、
電子放出膜を形成する工程を有し、
前記電子放出膜を形成する工程が、酸素と窒素とを含む第１材料からなる第１層の中に、前記第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなる複数の粒子を形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱による特性変化を起こしにくく、安定した電子放出が可能な電子放出膜を備えた電子放出素子、電子源および画像表示装置、並びに、それらの製造方法を提供できる。また、電子放出膜内の粒子の粒径の制御が容易になり、大きな粒径を安定に且つ簡易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但し、下記の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは、特に記載のない限りは、この発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
＜電子放出素子の基本構成＞
図１は電子放出素子の模式的な断面図である。この電子放出素子は、基体１の表面上に配置される電子放出膜４を備える。電子放出膜４は、母材層（第１層）３と、この母材層３の中に設けられる複数の粒子５とを、少なくとも有している。図１のように電子放出膜４が基体１の上に直接設けられている場合は、電子放出膜４自身が電極（カソード電極）を兼ねることもできる。なお、好ましくは、基体１と電子放出膜４の間に導電層を設ける。この場合、導電層が電極（カソード電極）の役割をもつ。
【００１４】
母材層３の材料と粒子５の材料は異なっている。母材層３には高抵抗率の材料（好ましくは絶縁性材料）が、粒子５には母材層３の材料よりも電気抵抗率の小さい材料（好ましくは導電性材料）が用いられる。
【００１５】
本実施形態では、母材層３の材料（第１材料）として、酸素と窒素とを含む材料が用いられる。「酸素と窒素とを含む材料」は、典型的には酸窒化物（例えば、ＳｉＯｘＮｙ、ＡｌＯｘＮｙ、ＧｅＯｘＮｙが好ましい。）であるが、窒素がドープされた酸化物（窒素ドープ酸化物）もしくは酸素がドープされた窒化物（酸素ドープ窒化物）でもよい。また、酸窒化物、窒素ドープ酸化物、酸素ドープ窒化物のうち２以上の材料が母材層３中に混在していてもよい。電子放出膜４中に占める酸素元素（Ｏ）と窒素元素（Ｎ）の存在比率は、粒子５の材料に依存して適宜決定される。ＯとＮのそれぞれが、電子放出膜４全体に対して数十ａｔｍ％程度存在していることが好ましい。実用的には、電子放出膜４全体に対する酸素の割合は２０ａｔｍ％以上３０ａｔｍ％以下が好ましく、電子放出膜４全体に対する窒素の割合は１０ａｔｍ％以上２０ａｔｍ％以下が好ましい。
【００１６】
粒子５の材料（第２材料）としては、母材層３の材料と固溶し難く、かつ、母材層３の材料との組み合わせにより自己整合的に粒子の形態をとるものが好ましい。そのような材
料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｍｏ、または、これらの合金を用いることができる。特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｉｒのいずれかを用いることが実用上好ましい。このように、前述した母材層３の材料と粒子５の材料を選択したことで、後述する製造方法において、簡易な同時スパッタ法で、粒径が制御された粒子が内包された母材層３を備える電子放出膜が、単一の成膜プロセスで形成することができる。
【００１７】
複数の粒子５は、電子放出膜４中に均一に配置されていてもよいし、ランダムに配置されていてもよい。電子放出膜４中の粒子５の密度はほぼ均一であってもよいし、ばらつきがあってもよい。電子放出膜４の全体に粒子５が配置されていてもよいし、電子放出膜４の一部にのみ粒子５が配置されていてもよい。
【００１８】
粒子５の粒径（直径）は、電子放出膜４の膜厚ｄよりも小さく設定される。電子放出膜４の温度（熱）による電気抵抗変化を小さくするためには、粒子５の粒径は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。電子放出膜４は、電気抵抗率の異なる２つの材料（母材層３と粒子５）から構成されるため、その２つの材料のバランスが電子放出膜全体の特性（電気特性、温度特性）に影響を与えうる。粒子５の粒径が１ｎｍ未満の場合、母材層３の材料の特性の影響が強くなるため、電子放出膜４全体としての電気抵抗が大きくなる。そうなると、良好な電子放出特性が得られないし、熱による特性変化も受けやすくなる。一方、粒子５の粒径が１０ｎｍを越えると、電子放出膜４全体の特性が粒子５の材料の特性に大きく依存してしまい、やはり好ましくない。よって、粒子５の直径を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲に設定することで、所望の電子放出特性を維持しつつ、熱による特性変化を生じにくくすることができる。
【００１９】
なお、従来は、粒子５の粒径を安定に且つ簡易に所望の範囲に制御すること（特に、１ｎｍ以上の粒径を得ること）は困難であった。それに対し、本実施形態では、母材層３の材料に「酸素と窒素とを含む材料」を選択したことにより、上記粒径をもつ粒子５を安定に且つ簡易に形成することができる。
【００２０】
電子放出膜４の膜厚方向における粒子５の間隔は、５ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚方向に並ぶ２つの粒子５が互いに接触していてもよい（つまり、上記間隔は０以上５ｎｍ以下）。粒子５同士が接触していても接触面積は小さく、また、５ｎｍ以下の範囲で離れていれば電子の受け渡しが可能であるので、電子放出電流の変動を抑制する効果を得ることができると考えられる。
【００２１】
図１の電子放出素子は基体１と電子放出膜４の２層構造であるが、上述のように基体１と電子放出膜４の間に導電層を設けることが好ましい。さらに、その導電層と電子放出膜４との間に、抵抗体（抵抗層）を加える形態も好ましい。この抵抗層は、膜状に形成されることが好ましい。そのため、抵抗層は、抵抗膜と呼ぶこともできる。
【００２２】
＜電子放出素子の形態例＞
図２Ａ及び図２Ｂは、電子放出素子の一形態例を示している。図２Ａは平面図であり、図２Ｂは図２Ａのｂ−ｂ´断面図である。この電子放出素子は、基体１、導電層（第１電極）２、電子放出膜４を備える。電子放出膜４の上には、絶縁層６と第２電極７とが設けられている。絶縁層６と第２電極７とを貫通し、電子放出膜４の一部（電子放出部）を露出する、開口２１が設けられている。この形態の電子放出素子では、導電層２の電位よりも高い電位を第２電極７に印加することで、電子放出膜４から電子が放出される。従って、第２電極７が、電子放出膜４から電子を電界放出させるために必要な電界を生成する。第２電極７が、いわゆる「引出し電極」または「ゲート電極」に相当する。開口２１の形状は円形に限らず、矩形や多角形状であっても構わない。
【００２３】
図７Ａ及び図７Ｂは、電子放出素子の他の形態例を示している。図７Ａは平面図であり、図７Ｂは図７Ａのｂ−ｂ´断面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示した形態では、電子放出素子が１つの開口２１（１つの電子放出部）を備えているのに対して、図７Ａ及び図７Ｂに示した形態では、電子放出素子が複数の開口２１（複数の電子放出部）を備えている。図７Ｃは、図７Ｂの電子放出素子の変形例を示している。図７Ｃの電子放出素子では、開口２１の中のみに電子放出膜４が配置されている。
【００２４】
＜電子の放出＞
本実施形態の電子放出素子を用いた電子放出装置（画像表示装置も含む）では、例えば図８に示すように、一般にはトライオード構造（導電層（カソード電極）２、第２電極（ゲート電極）７、アノード電極８）を採用する。第２電極７は、導電層２とアノード電極８の間に配置される。第２電極７の開口２１は、導電層２の一部領域をアノード電極８に対して露出するように形成されており、電子放出膜４は、開口２１内に露出するように、少なくとも導電層２の一部領域上に設けられている。勿論、第２電極７を用いずに、図１に示した電子放出素子に対向する様にアノード電極８を配置して、ダイオード構造の電子放出装置を構成する事も可能である。
【００２５】
図８では、図２Ｂに示した形態の電子放出素子が形成された基体１の表面と実質的に平行になるように、第３電極であるところのアノード電極８が配置されている。アノード電極８には、電子放出膜４と第２電極７の電位よりも高い電位が印加される。駆動時には、第２電極７に、電子放出膜４の電位よりも高い電位を印加することで、電子放出膜４から電子が放出される。典型的には、第２電極７に導電層２の電位よりも高い電位が印加され、そして、第２電極７の電位よりも十分に高い電位がアノード電極８に印加される。放出された電子は、開口２１を通り抜けた後、アノード電極８に引き寄せられ、アノード電極８に衝突する。
【００２６】
＜電子放出素子の製造方法＞
本実施形態の電子放出素子の製造方法の一例を説明する。ただし、この製造方法に、本発明が特に限定されるものではない。つまり、他の製造方法を利用して本発明に係る電子放出素子を製造しても構わない。
【００２７】
図３Ａ〜図３Ｅを参照して、図２Ｂの形態の電子放出素子の製造方法を説明する。
【００２８】
（工程Ａ）
基体１の表面を十分に洗浄した後、その表面上に導電層２を設ける（図３Ａ）。基体１としては、青板ガラスやシリコン基板に酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ２）を積層した積層体や、石英ガラスや、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラスや、アルミナ等セラミックスの絶縁性基板、などを用いることができる。
【００２９】
導電層２は、導電性を有する材料から構成される。導電層２は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成することができる。導電層２の材料は、例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または当該金属を含む合金材料から適宜選択される。或いは、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６、ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、アモルファスカーボン，グラファイト等から適宜選択することもできる。実用的な導電層２の厚さとしては、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲で設定され、好ましくは１００ｎｍ以上１μｍ以下の範囲で選択される。
【００３０】
（工程Ｂ）
ついで導電層２上に、電子放出膜４を形成する（図３Ｂ）。
【００３１】
電子放出膜４は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜技術を用いて形成することができるが、特にその製造方法が限定されるものではない。しかしながら、特に、母材層３の材料と粒子５の材料の同時スパッタ法が好ましい。実用的な電子放出膜４の膜厚としては、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲で設定され、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲で選択される。なお、この段階で電子放出膜４を形成せず、開口２１を形成した後で、開口２１の中に露出した導電層２の上に電子放出膜４を選択的に堆積してもよい（例えば、図７Ｃの形態）。
【００３２】
電子放出膜４は、前述したように、材料及び電気抵抗率の異なる、母材層３と、母材層３内に配置された複数の粒子５とから構成されている。母材層３の中に複数の粒子５を内包させる方法は特に限定しないが、好ましくは、母材層３と複数の粒子５とが単一の成膜プロセスで形成されるとよい。後述する同時スパッタ法のような単一の成膜プロセスにすれば、特許文献１のような、加熱による凝集工程（粒子化工程）を削減することができる。そのため、凝集工程における加熱時のオーバーシュート等による望まない特性変化や予期せぬ特性変化を低減できる。また、単一の成膜プロセスにすることで製造方法を単純化でき、コストの低減も図ることができる。
【００３３】
単一の成膜プロセスとしては、具体的には、同時スパッタ法を用いることができる。すなわち、前述した材料からなる母材層３を形成するためのターゲット（例えばＡｌ）と前述した材料からなる粒子５を形成するためのターゲット（例えばＡｕ）を用意し、酸素と窒素を含む混合ガス雰囲気中でこれら２つのターゲットを同時スパッタする。これにより、特許文献１のように成膜工程と凝集工程のような複数の工程を用いなくても、酸窒化物等からなる母材層３の中に多数の粒子５が内包された電子放出膜４を単一の成膜プロセスで形成することができる。この成膜プロセスにおける成膜条件（酸素ガスと窒素ガスの比率など）を適宜変更するだけで、粒子５の粒径の制御や、所望の電子放出特性を有する電子放出膜４を簡易に形成することができる。
【００３４】
（工程Ｃ）
ついで、電子放出膜４上に絶縁層６を堆積する（図３Ｃ）。絶縁層６は、スパッタ法等の一般的な真空成膜法、ＣＶＤ法、真空蒸着法で形成される。実用的な絶縁層６の厚さは、５ｎｍから５０μｍの範囲で設定され、好ましくは１０ｎｍから１０μｍの範囲から選択される。望ましい材料としては酸化シリコン，窒化シリコン，アルミナ，フッ化カルシウム，アンドープダイヤモンドなどの高電界に耐えられる耐圧の高い材料が望ましい。
【００３５】
（工程Ｄ）
更に、絶縁層６に続き第２電極７を堆積する（図３Ｄ）。第２電極７は、導電層２と同様に導電性を有している。第２電極７は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。第２電極７の材料は、例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または合金材料、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６、ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体等から適宜選択される。実用的な第２電極７の厚さとしては、５ｎｍ以上１μｍ以下の範囲で設定され、好ましくは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で選択される。なお、第２電極７と導電層２の材料は同一でもよいし、異なっていてもよい。また、第２電極７と導電層２の形成方法は同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００３６】
（工程Ｅ）
第２電極７上に、フォトリソグラフィー技術などにより第２電極７と絶縁層６とを貫通する開口２１を形成するためのパターン（開口）を有するマスク（不図示）を形成する。そして、上記マスクを用いてエッチングを行い、第２電極７と絶縁層６を貫通し、電子放出膜４上面にまでおよぶ開口２１を形成する。その後、マスクを除去する（図３Ｅ）。尚、エッチングの手法は限定されず、また開口２１の平面形状は、円形に限られるものではない。
【００３７】
（工程Ｆ）
上記工程Ａ〜Ｅを終えた後に、電子放出膜４の表面を水素で終端する工程を設けることが好ましい。電子放出膜４の表面が水素で終端されていると、電子放出膜４の表面から電子が放出されやすくなる。よって、電子放出素子の電子放出特性がさらに向上する。
【００３８】
＜電子放出素子の応用例＞
電子放出素子の応用例について以下に述べる。
【００３９】
基体上に複数の電子放出素子を配列することによって、電子源や画像表示装置を構成することができる。
【００４０】
図４は、複数の電子放出素子を有する電子源の模式的平面図である。複数の電子放出素子４４がＸ方向とＹ方向にマトリクス状に配置されている。４２はＸ方向配線、４３はＹ方向配線である。複数の電子放出素子４４は基体１を共通にしている。
【００４１】
Ｘ方向配線４２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…Ｄｘｍのｍ本の配線からなる。Ｘ方向配線４２は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性材料（典型的には金属）で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線４３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、Ｘ方向配線４２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線４２とｎ本のＹ方向配線４３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している。ここで、ｍ及びｎは共に正の整数である。不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された酸化シリコン等で構成される。
【００４２】
電子放出素子４４の導電層（カソード電極）２はｍ本のＸ方向配線４２のうちの一つに電気的に接続され、第２電極（ゲート電極）７はｎ本のＹ方向配線４３のうちの一つに電気的に接続される。
【００４３】
Ｘ方向配線４２、Ｙ方向配線４３、導電層２、及び、第２電極７は、同一の材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。導電層２の材料とＸ方向配線４２の材料が同一の場合は、Ｘ方向配線４２を第１電極（カソード電極）と呼ぶこともできる。また、第２電極７の材料とＹ方向配線４３の材料が同一の場合は、Ｙ方向配線４３を第２電極（ゲート電極）と呼ぶこともできる。
【００４４】
Ｘ方向配線４２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子４４の行を選択するための、走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段（走査回路）が接続される。一方、Ｙ方向配線４３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子４４の各列に変調信号を印加するための、不図示の変調信号発生手段（変調回路）が接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として定義される。上記構成においては、個々の電子放出素子を選択し、独立に駆動することができる。
【００４５】
このようなマトリクス配置の電子源を用いて構成した画像表示装置について、図５を用
いて説明する。図５は、画像表示装置を構成する表示パネル（「外囲器」と呼ぶ場合もある）５７の一例を示す模式図である。
【００４６】
表示パネル５７は、基体（「リアプレート」と呼ぶ場合もある）１、フェースプレート５６、支持枠５２を備える。フェースプレート５６は、透明な基体５３と、基体の内面に配置された発光部材５４と、アノード電極としての導電性膜（「メタルバック」と呼ぶ場合もある）５５とを有している。発光部材５４は電子源から放出された電子の照射によって発光する発光体であり、例えばＲＧＢの蛍光体から構成される。リアプレート１、支持枠５２、フェースプレート５６をフリットガラス等の接着剤で封着することで、気密容器が構成される。フェースプレート５６とリアプレート１との間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ表示パネルを構成することもできる。
【００４７】
この表示パネル（外囲器）５７を用いて情報表示再生装置を構成することができる。情報表示再生装置とは、映像情報、文字情報、音声情報などを出力する装置である。図９は、情報表示再生装置の一例であ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る。受信回路Ｃ２０は、衛星放送や地上波等のテレビ信号、インターネットなどの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、映像データを画像表示装置Ｃ１０の表示フォーマットに変換する。画像表示装置Ｃ１０は、表示パネル５７、駆動回路Ｃ１２及び制御回路Ｃ１３を含む。制御回路Ｃ１３は、入力された画像データに表示パネル５７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、表示パネル５７の各配線（図５のＤｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ参照）に駆動信号を出力する。これにより、電子放出素子が駆動され、表示パネル５７に画像が表示される。図９の例では、受信回路Ｃ２０とＩ／Ｆ部Ｃ３０は、画像表示装置Ｃ１０とは別の筐体（セットトップボックスＳＴＢ）に収められている。しかし、受信回路とＩ／Ｆ部に相当する回路が画像表示装置Ｃ１０に内蔵されていてもよい。
【００４８】
画像表示装置Ｃ１０が、画像記録装置（デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、ＨＤＤレコーダ、ＤＶＤレコーダなど）が接続されるインターフェースを備えるとよい。これにより、画像記録装置で記録された画像を表示パネル５７に表示することができる。また、画像表示装置Ｃ１０が、画像出力装置（プリンター、別のディスプレイなど）が接続されるインターフェースを備えても良い。これにより、表示パネル５７に表示されている画像を、必要に応じて加工し、画像出力装置に出力することが可能となる。
【実施例１】
【００４９】
図６Ａ〜図６Ｆは、実施例１の電子放出素子の製造方法を示している。
【００５０】
（工程１）
基体１として石英基板を用いた。基体１を十分に洗浄した後、基体１上に導電層２としてＴｉＮ膜をスパッタ法にて１００ｎｍの厚さで成膜した（図６Ａ）。雰囲気ガスは、ＡｒガスとＮ２ガスとを９：１の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００５１】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
Ｒｆ出力 ： ８Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： １．２Ｐａ
ターゲット ： Ｔｉ
【００５２】
（工程２）
次に同時スパッタ法を用いて電子放出膜４を導電層２上に形成した（図６Ｂ）。ターゲットには、ＡｌとＡｕを用い、Ｏ２ガスとＮ２ガスを３：９７の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００５３】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
ＡｌターゲットにかけたＲｆ出力 ： ７．６Ｗ／ｃｍ２
ＡｕターゲットにかけたＲｆ出力 ： ０．２２Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： ０．５Ｐａ
【００５４】
成膜された電子放出膜４は、図１のように膜中に複数の粒子が存在している形態であった。電子放出膜４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）で定性分析すると、電子放出膜４の主体は、ＡｌＯＮであり、粒子５はＡｕであることを確認することができた。電子放出膜４の膜厚は、３０ｎｍであり、粒子５の粒径（直径）は、７．５ｎｍであった。
【００５５】
（工程３）
電子放出膜４上に、プラズマＣＶＤ法により絶縁層６としてＳｉＯ２を１０００ｎｍ成膜した（図６Ｃ）。
【００５６】
（工程４）
絶縁層６上に、第２電極７として、Ｐｔを１００ｎｍの厚さになるように成膜した（図６Ｄ）。
【００５７】
（工程５）
次いで、第２電極７上に、ポジ型フォトレジストをスピンコートし、フォトマスクパターン（円形）を露光、現像し、不図示のマスクパターンを形成した。マスクパターンは、円形の開口を備えている。このときの開口径は、１．５μｍとした。尚、開口の数は、図７に示した様に複数個形成してもよく、特に限定されるものではない。
【００５８】
（工程６）
ドライエッチングにより、電子放出膜４の表面が露出するまで、前記マスクパターンの開口の直下に位置する第２電極７および絶縁層６をエッチングし、開口２１を形成した（図６Ｅ）。
【００５９】
（工程７）
残ったマスクパターン（不図示）を、剥離液にて除去し、水洗を行った。
【００６０】
（工程８）
次に、アセチレンと水素の混合ガス雰囲気中で、基体１を５５０℃で３００分間熱処理を行い、Ａｕ粒子５を内包するＡｌＯＮ膜（即ち電子放出膜４）を形成した（図６Ｆ）。
【００６１】
以上の工程で、実施例１の電子放出素子を完成させた。
【００６２】
このように作製した電子放出素子の電子放出特性を測定した。測定に際しては、図８に示すように、本実施例で作製した電子放出素子の上方に、アノード電極８を配置した。そして、アノード電極８、導電層２、第２電極７にそれぞれ電位を印加して、電子放出量を測定した。印加電圧はＶａ＝１０ｋＶ、Ｖｂ＝２０Ｖとし、電子放出膜４とアノード電極８との距離Ｈを２ｍｍとした。
【００６３】
一方、比較例として、Ａｕ粒子を多数内包する酸化アルミ膜を電子放出膜として用いた
電子放出素子、および、Ａｕ粒子を多数内包する窒化アルミ膜を電子放出膜として用いた電子放出素子を作製した。尚、どちらの電子放出膜も、同時スパッタ法により形成したが、Ａｕ粒子の粒径が１ｎｍより小さくなってしまった。一方、本実施例の膜では、所定の大きな粒径のＡｕ粒子を安定に形成することができる。
【００６４】
電子放出特性の安定性については、同条件で多数の電子放出素子を作製し、それらの電子放出量のバラツキの大小を評価した。電子放出量のゆらぎについては、電子放出量のデータを数分おきに取得し、そのゆらぎ（σ／μ）を評価した。
【００６５】
その結果、粒径の小さい従来の電子放出素子では、電子放出特性の再現性が乏しく（素子ごとのバラツキが大きく）、安定性が悪かったのに対し、実施例１の電子放出素子はほぼ同じ電子放出特性を示しており高い安定性を実現できた。また、従来の電子放出素子に比べて、実施例１の電子放出素子は電子放出量のゆらぎも十分小さかった。
【実施例２】
【００６６】
図６Ａ〜図６Ｆを参照して、実施例２の電子放出素子の製造方法を説明する。
【００６７】
（工程１）
基体１として石英基板を用いた。基体１を十分に洗浄した後、基体１上に導電層２としてＴｉＮ膜をスパッタ法にて１００ｎｍの厚さで成膜した（図６Ａ）。雰囲気ガスは、ＡｒガスとＮ２ガスとを９：１の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００６８】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
Ｒｆ出力 ： ８Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： １．２Ｐａ
ターゲット ： Ｔｉ
【００６９】
（工程２）
次に同時スパッタ法を用いて電子放出膜４を導電層２上に形成した（図６Ｂ）。ターゲットには、ＡｌとＩｒを用い、Ｏ２ガスとＮ２ガスを３：９７の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００７０】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
ＡｌターゲットにかけたＲｆ出力 ： ７．６Ｗ／ｃｍ２
ＩｒターゲットにかけたＲｆ出力 ： ０．１５Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： ０．５Ｐａ
【００７１】
成膜された電子放出膜４は、図１のように膜中に複数の粒子が存在している形態であった。電子放出膜４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）で定性分析すると、電子放出膜４の主体は、ＡｌＯＮであり、粒子５はＩｒであることを確認することができた。電子放出膜４の膜厚は、３０ｎｍであり、粒子５の粒径（直径）は、１．０ｎｍであった。
【００７２】
（工程３）
電子放出膜４上に、プラズマＣＶＤ法により絶縁層６としてＳｉＯ２を１０００ｎｍ成膜した（図６Ｃ）。
【００７３】
（工程４）
絶縁層６上に、第２電極７として、Ｐｔを１００ｎｍの厚さになるように成膜した（図６Ｄ）。
【００７４】
（工程５）
次いで、第２電極７上に、ポジ型フォトレジストをスピンコートし、フォトマスクパターン（円形）を露光、現像し、不図示のマスクパターンを形成した。マスクパターンは、円形の開口を備えている。このときの開口径は、１．５μｍとした。尚、開口の数は、図７に示した様に複数個形成してもよく、特に限定されるものではない。
【００７５】
（工程６）
ドライエッチングにより、電子放出膜４の表面が露出するまで、前記マスクパターンの開口の直下に位置する第２電極７および絶縁層６をエッチングし、開口２１を形成した（図６Ｅ）。
【００７６】
（工程７）
残ったマスクパターン（不図示）を、剥離液にて除去し、水洗を行った。
【００７７】
（工程８）
次に、アセチレンと水素の混合ガス雰囲気中で、基体１を５５０℃で３００分間熱処理を行い、表面が水素で終端された、Ｉｒ粒子５を内包するＡｌＯＮ膜（即ち電子放出膜４）を形成した（図６Ｆ）。
【００７８】
以上の工程で、実施例２の電子放出素子を完成させた。
【００７９】
このように作製した電子放出素子の電子放出特性を実施例１と同様の方法で測定したところ、実施例２の電子放出素子も安定した電子放出特性を示し、電子放出量のゆらぎも小さいことを確認できた。
【００８０】
さらに、電子放出量のゆらぎを比較するために、比較例として、上記工程２で形成する電子放出膜の母材をＡｌＯ（酸化物）、粒子がＩｒである電子放出素子ＣＥを作製した。スパッタ条件は、以下の通りである。ターゲットには、ＡｌとＩｒを用い、Ｏ２ガスを用いた。
【００８１】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
ＡｌターゲットにかけたＲｆ出力 ： ７．６Ｗ／ｃｍ２
ＩｒターゲットにかけたＲｆ出力 ： ０．１５Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： ０．５Ｐａ
【００８２】
成膜された電子放出膜は、膜中に複数の粒子が存在している形態であった。電子放出膜４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）で定性分析すると、電子放出膜の主体はＡｌＯであり、粒子はＩｒであることを確認することができた。電子放出膜の膜厚は、３０ｎｍであり、粒子の粒径（直径）は、０．６ｎｍであった。
【００８３】
この電子放出素子ＣＥは、Ｉｒ粒子の粒径と母材層がＡｌＯで形成されていること以外は、実施例２の電子放出素子と同じである。
【００８４】
そして、実施例２の電子放出素子の電子放出量のゆらぎと、比較例の電子放出素子ＣＥの電子放出量のゆらぎを比較すると、実施例２の電子放出素子の電子放出量のゆらぎの方が非常に小さかった。
【実施例３】
【００８５】
図６Ａ〜図６Ｆを参照して、実施例３の電子放出素子の製造方法を説明する。
【００８６】
（工程１）
基体１として石英基板を用いた。基体１を十分に洗浄した後、基体１上に導電層２としてＴｉＮ膜をスパッタ法にて１００ｎｍの厚さで成膜した（図６Ａ）。雰囲気ガスは、ＡｒガスとＮ２ガスとを９：１の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００８７】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
Ｒｆ出力 ： ８Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： １．２Ｐａ
ターゲット ： Ｔｉ
【００８８】
（工程２）
次に同時スパッタ法を用いて電子放出膜４を導電層２上に形成した（図６Ｂ）。ターゲットには、ＡｌとＡｇを用い、Ｏ２ガスとＮ２ガスを３：９７の割合で混合したガスを用い、以下の条件で成膜を行った。
【００８９】
Ｒｆ電源 ： １３．５６ＭＨｚ
ＡｌターゲットにかけたＲｆ出力 ： ７．６Ｗ／ｃｍ２
ＡｇターゲットにかけたＲｆ出力 ： ０．３０Ｗ／ｃｍ２
雰囲気ガス圧 ： ０．５Ｐａ
【００９０】
成膜された電子放出膜４は、図１のように膜中に複数の粒子が存在している形態であった。電子放出膜４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察し、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）で定性分析すると、電子放出膜４の主体は、ＡｌＯＮであり、粒子５はＡｇであることを確認することができた。電子放出膜４の膜厚は、３０ｎｍであり、粒子５の粒径（直径）は、９．５ｎｍであった。
【００９１】
（工程３）
電子放出膜４上に、プラズマＣＶＤ法により絶縁層６としてＳｉＯ２を１０００ｎｍ成膜した（図６Ｃ）。
【００９２】
（工程４）
絶縁層６上に、第２電極７として、Ｐｔを１００ｎｍの厚さになるように成膜した（図６Ｄ）。
【００９３】
（工程５）
次いで、第２電極７上に、ポジ型フォトレジストをスピンコートし、フォトマスクパターン（円形）を露光、現像し、不図示のマスクパターンを形成した。マスクパターンは、円形の開口を備えている。このときの開口径は、１．５μｍとした。尚、開口の数は、図７に示した様に複数個形成してもよく、特に限定されるものではない。
【００９４】
（工程６）
ドライエッチングにより、電子放出膜４の表面が露出するまで、前記マスクパターンの開口の直下に位置する第２電極７および絶縁層６をエッチングし、開口２１を形成した（図６Ｅ）。
【００９５】
（工程７）
残ったマスクパターン（不図示）を、剥離液にて除去し、水洗を行った。
【００９６】
（工程８）
次に、アセチレンと水素の混合ガス雰囲気中で、基体１を５５０℃で３００分間熱処理を行い、Ａｇ粒子５を内包するＡｌＯＮ膜（即ち電子放出膜４）を形成した（図６Ｆ）。
【００９７】
以上の工程で、実施例３の電子放出素子を完成させた。
【００９８】
このように作製した電子放出素子の電子放出特性を実施例１と同様の方法で測定したところ、実施例３の電子放出素子も安定した電子放出特性を示し、電子放出量のゆらぎも小さいことを確認できた。
【実施例４】
【００９９】
上記実施例３で作製した電子放出素子を用いて、図５に示すような表示パネル５７を作製した。
【０１００】
電子放出素子４４を、Ｘ方向に１００個、Ｙ方向に１００個、マトリクス状に配置した。配線は図５に示したようにＸ方向配線４２（Ｄｘ１〜Ｄｘｍ）を導電層２に接続し、Ｙ方向配線４３（Ｄｙ１〜Ｄｙｎ）を第２電極７に接続した。電子源（リアプレート１）の上方には発光部材５４とアノード電極であるメタルバック５５を配置した。図５では、１つの電子放出素子４４に開口が一つ形成されている例を示しているが、開口の数は一つに限定されるものではなく、複数の開口を備えていても構わない。
【０１０１】
接着剤としてインジウムを用いてリアプレート１とフェースプレート５６とを支持枠５２に封着した。この結果、単純マトリクス駆動が可能で、高精細で、輝度ばらつきが少なく、長期に渡って安定な画像を表示することのできる表示パネル５７が作製できた。またこの表示パネル５７に駆動回路等を接続することで良好な画像表示装置が作製できた。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】図１は、電子放出素子の基本構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２Ａは、電子放出素子の一形態例の平面図であり、図２Ｂは、図２Ａのｂ−ｂ´断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｅは、電子放出素子の製造方法の一例を示した模式図である。
【図４】図４は、電子源の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】図５は、表示パネルの構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｆは、実施例の電子放出素子の製造方法を示す模式図である。
【図７】図７Ａは、電子放出素子の他の形態例の平面図であり、図７Ｂは、図７Ａのｂ−ｂ´断面図であり、図７Ｃは、変形例である。
【図８】図８は、電子放出素子を用いた電子放出装置の模式図である。
【図９】図９は、情報表示再生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 基体
２ 導電層（第１電極、カソード電極）
３ 母材層（第１層）
４ 電子放出膜
５ 粒子
６ 絶縁層
７ 第２電極（ゲート電極）
８ アノード電極（第３電極）
２１ 開口
４４ 電子放出素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出膜を備える電子放出素子であって、
前記電子放出膜が、第１材料からなる第１層と、前記第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなり前記第１層の中に設けられる複数の粒子と、を有する膜であり、
前記第１材料が、酸素と窒素とを含む材料であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電子放出膜の表面が水素で終端さ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】
前記第１材料が、酸窒化物、窒素がドープされた酸化物、もしくは、酸素がドープされた窒化物である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材料が、ＳｉＯｘＮｙ、ＧｅＯｘＮｙ、もしくは、ＡｌＯｘＮｙである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５】
前記粒子の粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】
カソード電極と、前記カソード電極とアノード電極の間に配置されるゲート電極と、を備え、
前記ゲート電極が、前記カソード電極の一部領域を前記アノード電極に対して露出するための開口を有し、
前記電子放出膜が、少なくとも、前記開口によって露出された前記カソード電極の一部領域上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】
複数の電子放出素子を有する電子源であって、
前記電子放出素子が請求項１乃至６のいずれかに記載された電子放出素子であることを特徴とする電子源。
【請求項８】
電子源と、前記電子源から放出された電子により発光する発光部材と、を備えた画像表示装置であって、
前記電子源が請求項７に記載された電子源であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
電子放出素子の製造方法であって、
電子放出膜を形成する工程を有し、
前記電子放出膜を形成する工程が、酸素と窒素とを含む第１材料からなる第１層の中に、前記第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなる複数の粒子を形成する工程を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１層と前記複数の粒子とが単一の成膜プロセスで形成されることを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記単一の成膜プロセスは、酸素と窒素を含む雰囲気中で、前記第１層を形成するためのターゲットと前記粒子を形成するためのターゲットを同時にスパッタするプロセスであることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記電子放出膜の表面を水素で終端する工程をさらに有することを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１】
電子放出膜を備える電子放出素子であって、
前記電子放出膜が、第１材料からなる第１層と、前記第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなり前記第１層の中に設けられる複数の粒子と、を有する膜であり、
前記第１材料が、酸素と窒素とを含む材料であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電子放出膜の表面が水素で終端さ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】
前記第１材料が、酸窒化物、窒素がドープされた酸化物、もしくは、酸素がドープされた窒化物である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材料が、ＳｉＯｘＮｙ、ＧｅＯｘＮｙ、もしくは、ＡｌＯｘＮｙである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５】
前記粒子の粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】
カソード電極と、前記カソード電極とアノード電極の間に配置されるゲート電極と、を備え、
前記ゲート電極が、前記カソード電極の一部領域を前記アノード電極に対して露出するための開口を有し、
前記電子放出膜が、少なくとも、前記開口によって露出された前記カソード電極の一部領域上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】
複数の電子放出素子を有する電子源であって、
前記電子放出素子が請求項１乃至６のいずれかに記載された電子放出素子であることを特徴とする電子源。
【請求項８】
電子源と、前記電子源から放出された電子により発光する発光部材と、を備えた画像表示装置であって、
前記電子源が請求項７に記載された電子源であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
電子放出素子の製造方法であって、
電子放出膜を形成する工程を有し、
前記電子放出膜を形成する工程が、酸素と窒素とを含む第１材料からなる第１層の中に、前記第１材料よりも電気抵抗率の小さい第２材料からなる複数の粒子を形成する工程を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１層と前記複数の粒子とが単一の成膜プロセスで形成されることを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記単一の成膜プロセスは、酸素と窒素を含む雰囲気中で、前記第１層を形成するためのターゲットと前記粒子を形成するためのターゲットを同時にスパッタするプロセスであることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記電子放出膜の表面を水素で終端する工程をさらに有することを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【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２００８−２８２６０７（Ｐ２００８−２８２６０７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２４３１５（Ｐ２００７−１２４３１５）
【出願日】平成１９年５月９日（２００７．５．９）
【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２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月９日（２００７．５．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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