電子放出素子及びこれを用いた電子源基板と画像表示装置
【課題】電子放出電流の増大と、ビーム径の集束とを同時に実現する電子放出素子を提供する。
【解決手段】第１の絶縁層２の第１の側面２１に第１の低電位側電極４を、第２の側面２２に第１の高電位側電極５を配置し、第１の絶縁層２上に第２の絶縁層３を介して第２の低電位側電極６を配置し、さらに、低電位側電極６の上に第３の絶縁層７を介して第２の高電位側電極８を配置し、第１の低電位側電極４と第２の高電位側電極８との間隙９と、第１の高電位側電極５と第２の低電位側電極６との間隙１０とからそれぞれ電子放出を行う。
【解決手段】第１の絶縁層２の第１の側面２１に第１の低電位側電極４を、第２の側面２２に第１の高電位側電極５を配置し、第１の絶縁層２上に第２の絶縁層３を介して第２の低電位側電極６を配置し、さらに、低電位側電極６の上に第３の絶縁層７を介して第２の高電位側電極８を配置し、第１の低電位側電極４と第２の高電位側電極８との間隙９と、第１の高電位側電極５と第２の低電位側電極６との間隙１０とからそれぞれ電子放出を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイに用いられる画像表示装置と、これを構成する電子源基板及び電子放出素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、低電位側電極から出た電子の多数が対向する高電位側電極に衝突、散乱した後に電子として取り出される電子放出素子が存在する。このような形態で電子を放出する素子として表面伝導型電子放出素子や積層型の電子放出素子が知られている。例えば、特許文献１，２には、低電位側電極、絶縁層、高電位側電極を積層してなる電子放出素子が開示されており、高電位側電極の両側に電子放出部を設けることで、電子放出電流の増大を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１１５８７号公報
【特許文献２】米国特許第６２８８４９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に示された電子放出素子は、高電位側電極の両側に設けた電子放出部から放出された電子がそれぞれ、アノードに向かって逆方向に放出される。そのため、高電位側電極の幅（電子放出部間の距離）によってはビーム径が広がってしまい、高精細なディスプレイに応用するには問題があった。本発明の課題は、電子放出電流の増大と、ビーム径の集束とを同時に実現する電子放出素子を提供し、高精細で高画質表示の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】
【０００５】
本発明の第１は、上面と、該上面を挟む第１及び第２の側面とを有し、第１の側面の上面側の端部に第１の凹部を、第２の側面の上面側の端部に第２の凹部を有する第１の絶縁部材と、
第１の側面に配置し、一端が前記第１の凹部の縁に沿った第１の低電位側電極と、
第２の側面に配置し、一端が前記第２の凹部の縁に沿った第１の高電位側電極と、
前記第１の凹部よりも内側に後退した位置に第３の側面と、前記第２の側面の延長面上に、その面が一致する第４の側面と、を有し、前記第１の絶縁部材の前記上面に配置され、前記第２の凹部を介して第１の高電位側電極に対向する第２の低電位側電極と、
前記第１の凹部よりも内側に後退した位置に第５の側面を、前記第４の側面よりも内側に後退した位置に第６の側面を有し、前記第２の低電位側電極の第３の側面を覆って前記第２の低電位側電極の上に配置される第２の絶縁部材と、
前記第１の側面の延長面上に、その面が一致する第７の側面を有し、前記第１の凹部を介して前記第１の低電位側電極に対向し、前記第１の絶縁部材及び第２の絶縁部材の上に配置される第２の高電位側電極と、
を有することを特徴とする電子放出素子である。
【０００６】
本発明の第２は、基板と、前記基板上に配置した、複数の電子放出素子と、前記電子放出素子に電圧を印加するための配線とを備えた電子源基板であって、前記電子放出素子が前記本発明の電子放出素子であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第３は、前記本発明の電子源基板と、
前記電子源基板に形成された電子放出素子の第２の高電位側電極を介在させて、前記第１の低電位側電極及び第１の高電位側電極と対向配置されるアノードと、前記アノードに積層して配置された、前記電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材と、
を有することを特徴とする画像表示装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電子放出素子内の２箇所から電子放出を行うため、電子放出電流の増大を図ることができる上、該２箇所から放出される電子がアノードに対して同じ方向に飛翔するため、容易にビーム径の集束を図ることができる。よって、本発明によれば、従来よりもより高精細で高画質表示の画像表示装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電子放出素子の一実施形態の構成とその電子放出特性を測定する時の電源の供給配置を示す図である。
【図２】従来の積層型電子放出素子における電子放出の様子と、該素子による発光部材の発光パターンを示す図である。
【図３】低電位側電極を高電位側電極よりもアノード側に配置した電子放出素子における電子放出の様子と、該素子による発光部材の発光パターンを示す図である。
【図４】低電位側電極を高電位側電極よりもアノード側に配置した電子放出素子における電子放出の様子と、該素子による発光部材の発光パターンを示す図である。
【図５】本発明の電子放出素子における電子放出の様子と、該素子による発光部材の発光パターンを示す図である。
【図６】図１に示した電子放出素子の製造工程例を示す図である。
【図７】本発明の実施例において作製した比較例の電子放出素子の製造工程を示す図である。
【図８】本発明の実施例において作製した電子放出素子を複数有する電子源基板の構成を示す図である。
【図９】本発明の画像表示装置と該画像表示装置を構成する電子源基板の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、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、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１１】
〔構成の概要〕
本発明の電子放出素子は、第１及び第２の絶縁部材、第１及び第２の低電位側電極、第１及び第２の高電位側電極を備えている。本発明の電子源基板は、本発明の電子放出素子を基板上に複数配置し、該素子に電圧を印加するための配線を備えている。さらに、本発明の画像表示装置は、上記本発明の電子放出素子を有する電子源基板と、該電子放出素子から放出された電子が到達するアノード及び該電子の照射によって発光する発光部材とを備えている。
【００１２】
図１（ａ）は本発明の電子放出素子の好ましい実施形態の構成を示す断面模式図である。図中、１は基板、２は第１の絶縁層、３は第２の絶縁層であり、第１の絶縁層２と第２の絶縁層３とを合わせたものが本発明に係る第１の絶縁部材である。本発明においては、形成が容易であることから、第１の絶縁部材として第１の絶縁層２の上に第２の絶縁層３を積層したものが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明において、第１の絶縁部材は互いに接しない第１及び第２の側面２１，２２を有し、それぞれの側面が、該側面間に挟まれた上面側の端部に、第１及び第２の凹部１３，１４を有している。図１（ａ）において、係る凹部１３，１４は、第２の絶縁層３の側面が第１の絶縁層２の第１及び第２の側面２１，２２から内側に後退した部分である。
【００１３】
尚、本発明の電子放出素子に係る各部材の「側面」、「上面」及び上下関係は、便宜上、図１（ａ）に示す配置を前提として規定するものであり、図１（ａ）の配置において各部材の側面や上面、上下関係が本発明の規定を満たしていればよい。よって、電子放出素子全体の配置によっては、必ずしも「側面」が水平方向を、「上面」が垂直上方を向くものではなく、画像表示装置を構成した状態で、上記「側面」が垂直上方或いは下方、「上面」が水平方向或いは下方に向く場合も本発明の範疇である。
【００１４】
第１の絶縁層２の第１の側面２１には第１の低電位側電極４が、第２の側面２２には第１の高電位側電極５が配置し、それぞれ、一端が凹部１３，１４の縁に沿って位置している。図１（ａ）において、第１の側面２１は第１の絶縁層２の左側面であり、第２の側面２２は第１の絶縁層２の右側面である。そして、第１の絶縁部材の上面である第２の絶縁層２の上面に第２の低電位側電極６が配置されており、その一側面（第４の側面２４）が第２の側面２２の延長面上に一致し、第２の凹部１４を介して第１の高電位側電極５と対向している。また、第２の低電位側電極６の第３の側面２３は、第２の絶縁層３の側面（即ち、第１の凹部１３）よりも内側に後退した位置にある。
【００１５】
本発明に係る第２の絶縁部材である第３の絶縁層７は第２の低電位側電極６上に配置される。係る第３の絶縁層７の一方の側面（第５の側面２５）は第１の凹部１３より内側に後退した位置にあり、他方の側面（第６の側面２６）は第２の低電位側電極６の第４の側面２４よりも内側に後退した位置にある。そして第３の絶縁層７は、第２の低電位側電極６の第３の側面２３を覆っている。
【００１６】
第２の高電位側電極８は、第２の絶縁層３及び第３の絶縁層７の上に配置され、一方の側面（第７の側面２７）は、第１の絶縁層２の第１の側面２１の延長面上に一致する位置にある。また、他方の側面（第８の側面２８）は、後述する所定の電界を形成できればその位置は特に限定されないが、製造上の容易さから、第２の低電位側電極６の第４の側面２４の延長面上に一致するのが好ましい。
【００１７】
本発明の電子放出素子においては、第１の低電位側電極４と第２の高電位側電極８との距離が最短である間隙９と、第１の高電位側電極５と第２の低電位側電極６との距離が最短である間隙１０とから電子が放出される。また、１１，１２はそれぞれ第１の低電位側電極４及び第１の高電位側電極５に接続された電極である。
【００１８】
本発明の画像表示装置は、第２の高電位側電極８の上方、即ち第２の高電位側電極８を介在させて第１の低電位側電極４、第１の高電位側電極５と対向する位置に、第２の高電位側電極８よりも高電位に規定されたアノードを有している（図１（ｂ）の２０）。本例においては、第１の絶縁層２が基板１上に配置しているため、アノード２０は該基板１の第１の絶縁層２が配置している側に、該基板１に対向配置されているとも言える。尚、本発明の画像表示装置においては、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材が積層配置される。
【００１９】
図１（ｂ）は本発明の電子放出素子の電子放出特性を測定する時の電源の供給配置を示す。図１（ｂ）に示すように、本発明においては、アノード２０は、基板１の第１の絶縁層２が配置している側に該基板１に対向して配置される。図１（ｂ）において、Ｖｆは第１の低電位側電極４と第２の高電位側電極８の間に、第１の低電位側電極４を低電位側として印加される電圧である。また、Ｖｆは第２の低電位側電極６と第１の高電位側電極５の間に、第２の低電位側電極６を低電位側として印加される電圧でもある。ＩｆはＶｆを印加した時に流れる素子電流である。Ｖａは第１の低電位側電極４及び第２の低電位側電極６とアノード２０の間に、アノード２０を高電位側として印加される電圧であり、Ｖａ＞Ｖｆである。ＩｅはＶａを印加した時に流れる電子放出電流である。ここで、電子放出素子に電圧を印加した時に検出される電流Ｉｆと真空中に取り出される電流Ｉｅを用いて、電子放出効率η＝Ｉｅ／（Ｉｆ＋Ｉｅ）で与えられる。
【００２０】
図１（ｂ）のように本発明の電子放出素子に電圧Ｖｆを印加すると、間隙９、間隙１０において、低電位側電極４，６の先端からそれぞれ対向する高電位側電極８，５に向かって電子がトンネリングし、電子が高電位側電極８，５の表面で等方的に散乱する。低電位側電極４，６から放出された電子は高電位側電極８，５の表面で数回の弾性散乱を繰り返した後、電圧Ｖａによって加速され、アノード２０に向かう。間隙９，１０からアノード２０に向かう電子は、間隙９，１０とアノード２０の間に形成される電位の影響を受けた軌道を描いてアノード２０に到達する。
【００２１】
〔電極の配置による電子のアノード到達位置について〕
ここで、電子放出素子から放出された電子がアノード２０に到達する時の到達位置について図２乃至図５を用いて説明する。
【００２２】
〈両側電子放出、順極〉
図２（ａ）は従来型の積層型電子放出素子を用いた画像表示装置の構成を示したもので、３６は低電位側電極、３１は高電位側電極、４０は低電位側電極３６に接続された電極、３３、３８は電子放出に必要な電界が形成される間隙である。間隙３３は低電位側電極３６と高電位側電極３１との距離が最短である部位、間隙３８は低電位側電極４と高電位側電極３１との距離が最短である部位である。尚、図１（ａ）と同じ部材には同じ符号を付した。また、Ｖｆは低電位側電極４、３６と高電位側電極３１の間に印加する電圧、Ｖａは低電位側電極４、３６とアノード２０の間に印加する電圧、ＩｆはＶｆを印加した時に流れる素子電流、ＩｅはＶａを印加した時に流れる電子放出電流である。破線３４はＶｆ，Ｖａを印加した時に形成される電界の等電位線、３５は後述するよどみ点である。また、不図示であるが、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材が配置される。
【００２３】
図２（ａ）の低電位側電極４、３６と高電位側電極３１の間に電圧Ｖｆを印加すると、間隙３３、３８から電子が放出する。放出された電子は、高電位側電極３１に向かい、高電位側電極３１の表面で数回散乱を繰り返す。電圧Ｖｆ、Ｖａを同時に印加すると、高電位側電極３１の電位に相当する等電位線が、高電位側電極３１の表面と交わる点が生じる。これがよどみ点３５である。
【００２４】
ここで、間隙３３から放出された電子について考える。高電位側電極３１の表面で数回散乱を繰り返した後、よどみ点３５を通る等電位線よりも間隙３３から見て外側（図２（ａ）では左側、もしくは上側）に出るまでの間に、図２（ａ）で見て水平方向左側にも加速されて速度成分を得る。よどみ点３５より外側に出た電子は電圧Ｖａによって加速されアノード２０に到達するが、その間は水平方向の電界成分はほとんど無いため、水平方向成分については図２（ａ）で見て左側に向けてほぼ等速運動となる。つまり、間隙３３から放出された電子のアノード２０における到達位置は、間隙３３の直上よりも図２（ａ）で見て左側にずれた位置になる。同様に、間隙３８から放出された電子は、間隙３３から放出された電子と左右逆で考えることができるので、間隙３８から放出された電子のアノード２０における到達位置は、間隙３８の直上よりも図２（ａ）で見て右側にずれた位置になる。
【００２５】
アノード２０に到達した電子は、アノード２０の外側に配置された発光部材を発光させて画像を表示する。図２（ａ）に示した構成の電子放出素子によって得られる発光部材の発光パターンを図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）中、Ａは図２（ａ）の間隙３３から放出された電子がアノード２０に到達して発光させる領域、Ｂは図２（ａ）の間隙３８から放出された電子がアノード２０に到達して発光させる領域である。各領域の輪郭線はピーク輝度の１０％範囲を示している。図２（ａ）の間隙３３、３８から放出された電子のアノード２０における到達位置はそれぞれ左右逆方向にずれた位置になるため、図２（ｂ）に示す通り、発光パターンもＡ，Ｂの２つに分かれた形で表示される。発光パターンの輪郭線の大きさＬｘ、Ｌｙ（ビーム径）をシミュレーションで見積もる。図２（ａ）の基板１の表面からアノード２０までの垂直方向距離Ｈ＝１．６ｍｍ、Ｖａ＝１１．８ｋＶ，Ｖｆ＝２３Ｖの時、Ｌｘ＝２５０μｍ、Ｌｙ＝２３０μｍとなる。また、図２（ａ）の構成で電子放出効率η＝Ｉｅ／（Ｉｆ＋Ｉｅ）は５．５％となる。
【００２６】
このように、図２（ａ）の構成では、高電位側電極３１の両側に電子放出する間隙３３，３８を有するため、得られる電流（Ｉｆ、Ｉｅ）は大きくなる。一方で、それぞれの間隙３３，３８から放出された電子のアノード到達位置は互いに逆方向に大きくずれた位置となり、アノード２０でのビーム径が広くなってしまうため、高精細なディスプレイに応用するには不都合である。
【００２７】
〈片側電子放出、逆極〉
図３（ａ），図４（ａ）は、低電位側電極を高電位側電極より上方に配置した構成を有する積層型電子放出素子を用いた画像表示装置の模式図である。図３（ａ），図４（ａ）において、図１（ａ）と同じ部材には同じ符号を付した。また、間隙４３は低電位側電極６と第１の高電位側電極５との距離が最短の部位である。また、不図示であるが、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材が配置される。図３（ａ）と図４（ａ）の違いは、図４（ａ）では低電位側電極６の上に第３の絶縁層７、第２の高電位側電極８が積層されていることである。Ｖｆは低電位側電極６と第１の高電位側電極５の間、及び低電位側電極６と第２の高電位側電極８の間に印加する電圧、Ｖａは低電位側電極６とアノード２０の間に印加する電圧である。
【００２８】
図３（ａ），図４（ａ）の電子放出素子に電圧Ｖｆを印加すると、間隙４３から電子が放出する。図３（ａ）について考えると、間隙４３から放出された電子は、高電位側電極５、電極１２に向かい、高電位側電極５もしくは電極１２の表面で数回散乱を繰り返す。電圧Ｖｆ、Ｖａを同時に印加すると、高電位側電極５の電位に相当する等電位線が、高電位側電極５もしくは電極１２の表面と交わる点が生じる。これがよどみ点３５である。高電位側電極５又は電極１２の表面で数回散乱を繰り返した電子は、よどみ点３５を通る等電位線よりも間隙４３から見て外側（図３（ａ）では右側）に出るまでに水平方向（図３（ａ）で見て右側）に加速される。よどみ点を超えた電子は電圧Ｖａによって加速されアノード２０に到達するが、その間、水平方向への力はほとんど受けないため、水平方向にはほぼ等速運動となる。よって間隙４３から出た電子のアノード到達位置は間隙４３の直上より図３（ａ）で見て右側にずれた位置となる。即ち、電子のアノード到達位置のずれる方向が、図２（ａ）のような従来型の構成と比べて逆方向になっている。これは、高電位側電極５と低電位側電極６の配置が、電子放出する間隙から見て逆になっているために、放出された電子が受ける水平方向の電界による力も逆向きになっているからである。
【００２９】
但し、図３（ａ）では低電位側電極６から見てアノード２０が高電位側電極５と反対側に配置されている。間隙４３から出た電子は先ず高電位側電極５のある下側に向けて加速され、下向きの速度を得る。アノード２０は高電位側電極５と反対側にあるため、アノード５に印加する電圧Ｖａの影響は受けにくく、高電位側電極５に引っ張られる力の影響のみを受けて、さらに下側に向けて加速されるため、高電位側電極５での散乱回数が増大してしまう。
【００３０】
次に図４（ａ）の構成について考えると、第１の高電位側電極５とそれと等電位な第２の高電位側電極８の間に低電位側電極６が挟まれる構成となっているため、第１の高電位側電極５と第２の高電位側電極８の間をつなぐような等電位線が生じる。間隙４３から出た電子の中には、図３（ａ）と同様に図４（ａ）で見て右向きの速度成分を得るとともに、第１の高電位側電極５と第２の高電位側電極８のいずれからも離れていくような軌道を描く電子が比較的多数存在する。よって、間隙４３から放出された電子のアノード到達位置は、図３（ａ）と同様に図４（ａ）で見て右側にずれる。同時に、図３（ａ）と比べ高電位側電極での散乱回数も低減することができる。
【００３１】
アノード２０に到達した電子は、アノード２０の外側に配置された発光部材を発光させ画像を表示する。図３（ａ）に示した構成の電子放出素子によって得られる発光部材の発光パターンを図３（ｂ）に、図４（ａ）に示した構成の電子放出素子によって得られる発光部材の発光パターンを図４（ｂ）に示す。発光パターンの輪郭線はピーク輝度の１０％範囲を示している。発光パターンの輪郭線の大きさＬｘ、Ｌｙ（ビーム径）をシミュレーションで見積もる。図３（ａ）、図４（ａ）の基板１の表面からアノード２０までの垂直方向距離Ｈ＝１．６ｍｍ、Ｖａ＝１１．８ｋＶ，Ｖｆ＝２３Ｖの時、図３（ａ）ではＬｘ＝１４０μｍ、Ｌｙ＝２５０μｍ、図４（ｂ）ではＬｘ＝１３０μｍ、Ｌｙ＝２５０μｍとなる。また図３（ａ）、図４（ａ）に示す構成で電子放出効率ηをシミュレーションで見積もると、図３（ａ）では１．５％、図４（ａ）では５．５％となる。よって、図４（ａ）のように電子放出する間隙４３を挟んで両側に高電位側電極５，８を配置する構成とすることで、電子放出効率は大幅に改善する。
【００３２】
〈両側、一方順極、他方逆極＋第２の高電位側電極〉
図５（ａ）は本発明の画像表示装置の好ましい実施形態の構成と、形成される等電位線、電子軌道の軌跡を示す模式図である。図５（ａ）の電子放出素子の構成は、図２（ａ）の構成と比較して、一方の側面（図２（ａ）で見て右側面）を図４（ａ）のような構成に置き換えた電子放出素子の構成ということができる。図５（ａ）中、図１（ａ）と同じ部材には同じ符号を付した。また、不図示であるが、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材が配置される。
【００３３】
図５（ａ）の間隙９から放出された電子は、図２（ａ）の構成と同様に電子のアノード到達位置は図５（ａ）で見て右側にずれる。一方、図５（ａ）の間隙１０から放出された電子は、図４（ａ）の構成と同等であるため、電子のアノード到達位置は図５（ａ）で見て右側にずれる。つまり、電子のアノード到達位置は間隙９、１０のいずれから放出された電子についても図５（ａ）で見て同じ方向（右側）にずれることになる。アノード２０に到達した電子は、アノード２０の外側に配置された発光部材を発光させ画像を表示する。
【００３４】
図５（ａ）に示した構成の電子放出素子によって得られる発光部材の発光パターンを図５（ｂ）に示す。発光パターンの輪郭線はピーク輝度の１０％範囲を示している。実線の輪郭線は主として間隙１０から放出された電子によるもの、破線の輪郭線は主として間隙９から放出された電子によるものであり、間隙９，１０から放出された電子のアノード到達位置はほぼ同じ位置となっている。発光パターンの輪郭線の大きさＬｘ、Ｌｙ（ビーム径）をシミュレーションで見積もると、図５（ａ）の基板１の表面からアノード２０までの垂直方向距離Ｈ＝１．６ｍｍ、Ｖａ＝１１．８ｋＶ，Ｖｆ＝２３Ｖの時、Ｌｘ＝１３０μｍ、Ｌｙ＝２５０μｍとなる。図２（ａ）のような構成で得られる発光パターン（図２（ｂ）参照）と比べると、ｙ方向のビーム径は多少広がっているものの、ｘ方向のビーム径が大幅に抑制されていることがわかる。また図５（ａ）に示す構成で電子放出効率ηをシミュレーションで見積もると、５．５％となり、図２（ａ）に示す構成とほぼ同等といえる。
【００３５】
以上より、図５（ａ）のような構成の電子放出素子では、電流が増大し、高い電子放出効率を得られ、且つアノード２０におけるビーム径を抑制した特性を得られることがわかる。
【００３６】
〔製造方法〕
図６を参照して、図１（ａ）に例示した電子放出素子の製造方法の一例を説明する。図６は、図１（ａ）に示した電子放出素子の製造工程を示す模式図である。
【００３７】
〈基板１の形成〉
図６の基板１は素子を機械的に支えるための基板であり、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス及び、シリコン基板である。基板に必要な機能としては、機械的強度が高いだけでなく、ドライエッチング、ウェットエッチング、現像液等のアルカリや酸に対して耐性があり、ディスプレイパネルのような一体ものとして用いる場合は成膜材料や他の積層部材と熱膨張差が小さいものが望ましい。また熱処理に伴いガラス内部からのアルカリ元素等が拡散しづらい材料が望ましい。
【００３８】
〈絶縁層１０１、１０２の形成〉
先ず最初に、図６（ａ）に示すように基板１上に第１の絶縁部材を形成するために絶縁層１０１、１０２を積層する。絶縁層１０１，１０２は、加工性に優れる材料からなる絶縁性の膜であり、例えばＳｉＮ（ＳｉxＮy）やＳｉＯ2であり、その作製方法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。またその厚さとしては、絶縁層１０１は２０ｎｍ乃至５０μｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲に選択され、絶縁層１０２は２０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で設定され、好ましくは２０ｎｍ乃至５０ｎｍの範囲で選択される。尚、絶縁層１０１と１０２を積層した後に絶縁層１０２の側面を後退させるため、絶縁層１０１と絶縁層１０２とはエッチングに対して異なるエッチング量を持つような関係に設定する。望ましくは絶縁層１０１と絶縁層１０２との間のエッチング量の比は、１０以上が望ましく、５０以上が望ましい。例えば、絶縁層１０１はＳｉxＮyを用い、絶縁層１０２はＳｉＯ2等絶縁性材料、或いはリン濃度の高いＰＳＧ、ホウ素濃度の高いＢＳＧ膜等で構成する事ができる。
【００３９】
〈導電層１０３の形成〉
さらに、図６（ａ）に示すように導電層１０３を積層する。導電層１０３は蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成されるものである。導電層１０３の材料は、導電性に加えて高い熱伝導率があり、融点が高い材料が望ましい。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が使用できる。また、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ2，ＺｒＢ2，ＣｅＢ6，ＹＢ4，ＧｄＢ4等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ、ＴａＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体なども使用可能である。また、有機高分子材料、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等も適宜使用可能である。また、導電層１０３の厚さとしては、２０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で選択される。
【００４０】
〈導電層１０３を加工〉
フォトリソグラフィー技術により導電層１０３上にレジストパターンを形成した後、エッチング手法を用いて導電層１０３を加工し、図６（ｂ）に示すように、第３の側面２３を形成する。このようなエッチング加工では一般的にエッチングガスをプラズマ化して材料に照射することで材料の精密なエッチング加工が可能なＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）が用いられる。この際の加工ガスとしては、加工する対象部材としてフッ化物を作る場合はＣＦ4、ＣＨＦ3、ＳＦ6のフッ素系ガスが選ばれる。またＳｉやＡｌのように塩化物を形成する場合はＣｌ2、ＢＣｌ3などの塩素系ガスが選ばれる。またレジストとの選択比を取るため、またエッチング面の平滑性の確保或いはエッチングスピードを上げるために水素や酸素、アルゴンガスなどが随時添加される。
【００４１】
〈絶縁層１０５の形成〉
続いて図６（ｃ）に示すように絶縁層１０５を積層する。絶縁層１０５は、加工性に優れる材料からなる絶縁性の膜であり、例えばＳｉＮ（ＳｉxＮy）やＳｉＯ2であり、その作製方法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。また絶縁層１０５の厚さとしては２０ｎｍ乃至５０μｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲に選択される。但し、第２の高電位側電極８と第２の低電位側電極６との間で電子放出しないように、絶縁層１０５の厚さは絶縁層１０２の厚さよりも大きくする必要がある。尚、絶縁層１０５を積層した後に第６の側面２６を後退させるため、絶縁層１０１と絶縁層１０５とはエッチングに対して異なるエッチング量を持つような関係に設定する。望ましくは絶縁層１０１と絶縁層１０５との間のエッチング量の比は、１０以上が望ましく、５０以上が望ましい。例えば、絶縁層１０１はＳｉxＮyを用い、絶縁層１０５はＳｉＯ2等絶縁性材料、或いはリン濃度の高いＰＳＧ、ホウ素濃度の高いＢＳＧ膜等で構成する事ができる。
【００４２】
〈絶縁層１０５を加工〉
フォトリソグラフィー技術により絶縁層１０５上にレジストパターンを形成した後、エッチング手法を用いて加工し、図６（ｄ）に示すように、第５の側面２５を形成する。このようなエッチング加工としては、前記導電層１０３の加工で述べた方法を用いることができる。
【００４３】
〈導電層１０７の形成〉
続いて図６（ｅ）に示すように導電層１０７を積層する。導電層１０７は蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成されるものである。導電層１０７は導電性があり、電界放出する材料であればよく、一般的には２０００℃以上の高融点、５ｅＶ以下の仕事関数材料であり、酸化物等の化学反応層の形成しづらい或いは簡易に反応層を除去可能な材料が好ましい。このような材料として例えば、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属又は合金材料が使用可能である。また、前記導電層１０３の形成材料として挙げた炭化物、硼化物、窒化物も使用可能である。またさらには、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等も使用可能である。導電層１０７は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成される。また、導電層１０７の厚さとしては、２０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で選択される。
【００４４】
〈各層をエッチング〉
フォトリソグラフィー技術により導電層１０７上にレジストパターンを形成した後、エッチング手法を用いて導電層１０７、絶縁層１０５、導電層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１０１を順に加工する。その結果、図６（ｆ）に示すように、第１の絶縁層２、絶縁層１０２、第２の低電位側電極６、絶縁層１０５、第２の高電位側電極８が得られる。また、当該工程により、第１の絶縁層２の第１の側面２１及び第２の側面２２、第１の側面２１の延長面上に一致する高電位側電極８の第７の側面２７、第２の側面２２の延長面上に一致する第２の低電位側電極６の第４の側面２４が形成される。また、第２の側面２２の延長面上に第２の高電位側電極８の第８の側面２８も一致して形成されるが、本発明においては、図５（ａ）で説明した電界が構成されれば、係る構成に限定されるものではない。このようなエッチング加工の方法としては、前記導電層１０３の加工で述べた方法を用いることができる。
【００４５】
〈絶縁層１０２、１０５の側面を後退させて第２の絶縁層３、第３の絶縁層７を形成〉
図６（ｇ）に示すように、絶縁層１０２と絶縁層１０５をエッチングして、それぞれの露出した側面を内側に後退させる。これにより、第１の側面２１，第２の側面２２よりも内側に後退した側面を有する第２の絶縁層３が形成される。即ち、第１の絶縁部材の第１の凹部１３と第２の凹部１４とが形成される。同時に、第２の側面２２及び第４の側面２４よりも内側に後退した第６の側面２６を有する第３の絶縁層７が形成される。エッチングは、例えば絶縁層１０２，１０５がＳｉＯ2からなる材料であれば、通称バッファーフッ酸（ＢＨＦ）と呼ばれるフッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液を用い、ＳｉxＮyからなる材料であれば熱リン酸系エッチング液を使用することが可能である。第１の絶縁層２の側面２１から第２の絶縁層３の側面までの距離Ｌ（第１の凹部１３の深さ）は、素子形成後のリーク電流に深く関わり、Ｌを大きく形成するほどリーク電流の値が小さくなる。しかし、あまり距離を深く形成すると高電位側電極が変形する等の課題が発生する。このため、Ｌはおよそ３０ｎｍ乃至２００ｎｍ程度で形成される。同様に、第２の凹部１４の深さＬも３０ｎｍ乃至２００ｎｍ程度で形成される。
【００４６】
〈剥離層１０９の形成〉
図６（ｈ）に示すように、第２の高電位側電極８と第２の低電位側電極６の表面に剥離層１０９を形成する。剥離層１０９の形成は、次の工程で堆積する導電性膜１１０を第２の高電位側電極８、第２の低電位側電極６から剥離することが目的である。このような目的のため、例えば電解メッキにて剥離金属を付着させるなどの方法によって剥離層１０９を形成する。
【００４７】
〈導電性膜１１０の形成〉
図６（ｉ）に示すように、導電性膜１１０を第２の高電位側電極８の外表面、第２の低電位側電極６の第４の側面２４、第１の絶縁層２の第１及び第２の側面２１，２２に付着させる。導電性膜１１０としては、前記した導電層１０７と同じ材料が好ましく用いられ、形成方法も同様である。次いで、図６（ｊ）に示すように、剥離層１１０をエッチングで取り除くことで、第２の高電位側電極８と第２の低電位側電極６の外表面上の導電性膜１１０が取り除かれ、第１の低電位側電極４と第１の高電位側電極５が形成される。導電性膜１１０の好ましい厚さは５ｎｍ乃至８０ｎｍである。次に図６（ｋ）に示すように、第１の低電位側電極４と電気的な導通を取るために電極１１を形成し、第１の高電位側電極５と電気的な導通を取るために電極１２を形成する。この電極１１、１２は、前記導電性膜１１０と同様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。電極１１、１２の材料としては、前記した導電層１０３と同じ材料が好ましく用いられる。電極１１、１２の厚さとしては、５０ｎｍ乃至５ｍｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５μｍの範囲で選択される。
【００４８】
次に、図９を参照し、本発明の電子源基板と画像表示装置について説明する。図９（ａ）は、本発明の電子源基板の好ましい実施形態を示す平面模式図である。また図９（ｂ）は、本発明の画像表示装置の一例の断面構造を示す模式図である。
【００４９】
本発明の電子源基板９３は、図９（ａ）に示されるように、基板１上に本発明の電子放出素子９２を複数備えている。該素子９２は、信号線９０、走査線９１からなるマトリクス配線に接続され、不図示の駆動回路によって所定のアドレスからの電子放出が制御されるようになっている。
【００５０】
本例の画像表示装置９６は、図９（ｂ）に示すように、電子放出素子９２を有する電子源基板９３と、発光基板９７とを対向させて組み合わせ、周囲に枠９４を配置した真空容器を形成することで作製される。発光基板９７は、少なくともアノードと、該アノードに積層配置された発光部材とを備えている。一般的には、ガラス基板のような透明基板の内側に発光部材として蛍光体等を配置し、さらに内側にアノードを配置する。また、真空容器として形成した画像表示装置９６内には、通常、耐大気圧保持のために、上記発光基板９７と電子源基板９３との間にスペーサー（不図示）を介在させている。発光基板９７のアノードには不図示の高圧電源から高圧電圧が供給され、電子源基板９３から放出される電子を発光基板９７の発光部材に照射して発光させることになる。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
図１に示した構成の電子放出素子を、図６の工程に従って作製した。先ず、図６（ａ）に示すように、低ナトリウムガラスであるＰＤ２００を基板１として用い、絶縁層１０１として厚さ５００ｎｍのＳｉＮ（ＳｉxＮy）膜をスパッタ法にて形成し、次いで絶縁層１０２として厚さ２３ｎｍのＳｉＯ2膜をスパッタ法にて形成した。さらに、絶縁層１０２上に、導電層１０３として、厚さ３０ｎｍのＴａＮ膜をスパッタ法にて形成した。次に、フォトリソグラフィー技術により導電層１０３上にレジストパターンを形成した後、ドライエッチング手法を用いて導電層１０３を加工し、図６（ｂ）に示すように、第３の側面２３を形成した。この時の加工ガスとしては、導電層１０３には前述のようにフッ化物を作る材料が選択されているためＣＦ4系のガスが用いられた。レジストを剥離した後、図６（ｃ）に示すように、絶縁層１０５として厚さ４０ｎｍのＳｉＯ2膜をスパッタ法にて形成した。
【００５３】
次に、フォトリソグラフィー技術により絶縁層１０５上にレジストパターンを形成した後、ドライエッチング手法を用いて絶縁層１０５を加工し、図６（ｄ）に示すように、第５の側面２５を形成した。この時の加工ガスとしては、絶縁層１０５には前述のようにフッ化物を作る材料が選択されているためＣＦ4系のガスを用いた。レジストを剥離した後、図６（ｅ）に示すように、導電層１０７として厚さ３０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜をスパッタ法にて形成した。次に、フォトリソグラフィー技術により導電層１０７上にレジストパターンを形成した後、ドライエッチング手法を用いて導電層１０７、絶縁層１０５、導電層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１０１を順に加工した。その結果、図６（ｆ）に示すように、第１の絶縁層２、絶縁層１０２、第２の低電位側電極６、絶縁層１０５、第２の高電位側電極８からなる積層体を形成した。レジストパターンは、ドライエッチング加工後に高電位側電極８の幅（第１の側面２１と第２の側面２２との距離）が１０μｍとなるようにレジストパターンを形成した。この時の加工ガスとしては、導電層１０７、絶縁層１０５、導電層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１０１には前述のようにフッ化物を作る材料が選択されているためＣＦ4系のガスを用いた。
【００５４】
レジストを剥離した後、図６（ｇ）に示すように、ＢＨＦを用いて凹部の深さが約１２０ｎｍになるように絶縁層１０２と絶縁層１０５をエッチングし、第２の絶縁層３と第３の絶縁層７を形成した。次に、図６（ｈ）に示すように、第２の高電位側電極８、第２の低電位側電極６の表面に電解めっきによりＮｉを電解析出させて剥離層１０９を形成した。図６（ｉ）に示すように、導電性膜１１０としてモリブデン（Ｍｏ）をＥＢ蒸着法を用いて形成した。始めに基板の角度を水平面に対し図６（ｉ）から見て右回りに６０°にセットして成膜後、続いて基板の角度を水平面に対し図６（ｉ）から見て左回りに６０°にセットして成膜した。蒸着は約１２ｎｍ／ｍｉｎになるように蒸着速度を定めた。そして蒸着時間を精密に制御し（本例では右回り６０°セットで１分、左回り６０°セットで１分）、第１の絶縁層２の第１の側面２１、第２の側面２２にそれぞれ厚さ１８ｎｍのＭｏが形成されるようにした。Ｍｏ膜を形成後、図６（ｊ）に示すように、ヨウ素とヨウ化カリウムからなるエッチング液を用いてＮｉ剥離層１０９を除去することにより、第２の高電位側電極８、第２の低電位側電極６からＭｏ材料１１０を剥離した。
【００５５】
以上の方法で電子放出素子を形成した後、図１（ｂ）に示す構成にて電子放出特性を評価した。尚、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材を配置した。その結果、Ｖｆ＝２３Ｖ、Ｖａ＝１１．８ｋＶを印加した時、Ｉｆ＝６１μＡ，Ｉｅ＝３．２μＡ、η＝５．２％であった。本例の電子線装置によって得られた発光パターンは、図５（ｂ）に示す通りであり、ピーク輝度の範囲Ｌｘ、Ｌｙを測ったところ、Ｌｘ＝１３５μｍ、Ｌｙ＝２５５μｍであった。
【００５６】
（比較例１）
次に、図２（ａ）に示すような構成の電子放出素子を、図７に示す工程に従って作製した。先ず、実施例１と同様に絶縁層１０１、絶縁層１０２、導電層１０３を形成した（図７（ａ））。その後、導電層１０３上にフォトリソグラフィー技術でレジストパターンを形成後、ドライエッチング手法を用いて導電層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１０１を順に加工し、絶縁層２、絶縁層１０２、高電位側電極３１を形成した（図７（ｂ））。レジストを剥離した後、実施例１と同様に絶縁層１０２をエッチングし、絶縁層３を形成した（図７（ｃ））。その後、実施例１と同様に高電位側電極３１の表面に剥離層１０９を形成し（図７（ｄ））、絶縁層２の側面、高電位側電極３１の表面、基板１の表面に導電性膜１１０を形成した（図７（ｅ））。その後、剥離層１０９を除去して高電位側電極３１上の導電性膜１１０を剥離した（図７（ｆ））。
【００５７】
以上の方法で電子放出素子を形成した後、実施例１と同様にアノードと発光部材を配置し、実施例１と同様の方法で電子放出素子の特性を評価した。その結果、Ｖｆ＝２３Ｖ、Ｖａ＝１１．８ｋＶを印加した時、Ｉｆ＝６０μＡ，Ｉｅ＝３．２μＡ、η＝５．３％であった。本例の電子線装置によって得られた発光パターンは図２（ａ）の通りであり、ピーク輝度の範囲Ｌｘ、Ｌｙを測ったところ、Ｌｘ＝２４０μｍ、Ｌｙ＝２３５μｍであった。実施例１と比べると、本例では電流Ｉｅ，Ｉｆ，電子放出効率ηはほぼ同等で、アノードでのビーム径は実施例１の方がＹ方向（Ｌｙ）はやや広がっているものの、Ｘ方向（Ｌｘ）は大幅に狭まっており、本発明による効果を確認することができた。
【００５８】
（実施例２）
本例では、図８（ａ）に示すように、実施例１の電子放出素子を基板上に複数並べた電子源基板を構成した。基本的な作製方法は実施例１（図６（ａ）乃至（ｋ））と同様である。電子放出素子が４つ横に並び、且つ、高電位側電極８の幅（Ｗ１）はいずれも１０μｍ、高電位側電極８の端から隣接する高電位側電極８の端までの距離（Ｗ２）は１０μｍとなるようにレジストパターンを形成した。
【００５９】
以上の方法で電子源を形成した後、実施例１と同様にアノードと発光部材を配置し、実施例１と同様の方法で電子放出特性を評価した結果、Ｖｆ＝２３Ｖ、Ｖａ＝１１．８ｋＶを印加した時、Ｉｆ＝２３２μＡ，Ｉｅ＝１２．５μＡ、η＝５．４％であった。本例の電子線装置によって得られた発光パターンを図８（ｂ）に示す。発光パターンの輪郭線はピーク輝度の１０％範囲を示している。図８（ｂ）の発光パターンを見ると、実施例１で得られた発光パターン（図２（ｂ））を横に重ね合わせた形状にほぼ等しく、隣接した積層体によって形成される電界の影響は大きくないことがわかった。図８（ｂ）のピーク輝度の範囲Ｌｘ、Ｌｙを測ったところ、Ｌｘ＝２００μｍ、Ｌｙ＝２５５μｍであった。
【符号の説明】
【００６０】
４：第１の低電位側電極、５：第１の高電位側電極、６：第２の低電位側電極、８：第２の高電位側電極、２０：アノード、２１：第１の側面、２２：第２の側面、２３：第４の側面、２４：第４の側面、２５：第５の側面、２６：第６の側面、２７：第７の側面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイに用いられる画像表示装置と、これを構成する電子源基板及び電子放出素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、低電位側電極から出た電子の多数が対向する高電位側電極に衝突、散乱した後に電子として取り出される電子放出素子が存在する。このような形態で電子を放出する素子として表面伝導型電子放出素子や積層型の電子放出素子が知られている。例えば、特許文献１，２には、低電位側電極、絶縁層、高電位側電極を積層してなる電子放出素子が開示されており、高電位側電極の両側に電子放出部を設けることで、電子放出電流の増大を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１１５８７号公報
【特許文献２】米国特許第６２８８４９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に示された電子放出素子は、高電位側電極の両側に設けた電子放出部から放出された電子がそれぞれ、アノードに向かって逆方向に放出される。そのため、高電位側電極の幅（電子放出部間の距離）によってはビーム径が広がってしまい、高精細なディスプレイに応用するには問題があった。本発明の課題は、電子放出電流の増大と、ビーム径の集束とを同時に実現する電子放出素子を提供し、高精細で高画質表示の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】
【０００５】
本発明の第１は、上面と、該上面を挟む第１及び第２の側面とを有し、第１の側面の上面側の端部に第１の凹部を、第２の側面の上面側の端部に第２の凹部を有する第１の絶縁部材と、
第１の側面に配置し、一端が前記第１の凹部の縁に沿った第１の低電位側電極と、
第２の側面に配置し、一端が前記第２の凹部の縁に沿った第１の高電位側電極と、
前記第１の凹部よりも内側に後退した位置に第３の側面と、前記第２の側面の延長面上に、その面が一致する第４の側面と、を有し、前記第１の絶縁部材の前記上面に配置され、前記第２の凹部を介して第１の高電位側電極に対向する第２の低電位側電極と、
前記第１の凹部よりも内側に後退した位置に第５の側面を、前記第４の側面よりも内側に後退した位置に第６の側面を有し、前記第２の低電位側電極の第３の側面を覆って前記第２の低電位側電極の上に配置される第２の絶縁部材と、
前記第１の側面の延長面上に、その面が一致する第７の側面を有し、前記第１の凹部を介して前記第１の低電位側電極に対向し、前記第１の絶縁部材及び第２の絶縁部材の上に配置される第２の高電位側電極と、
を有することを特徴とする電子放出素子である。
【０００６】
本発明の第２は、基板と、前記基板上に配置した、複数の電子放出素子と、前記電子放出素子に電圧を印加するための配線とを備えた電子源基板であって、前記電子放出素子が前記本発明の電子放出素子であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第３は、前記本発明の電子源基板と、
前記電子源基板に形成された電子放出素子の第２の高電位側電極を介在させて、前記第１の低電位側電極及び第１の高電位側電極と対向配置されるアノードと、前記アノードに積層して配置された、前記電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材と、
を有することを特徴とする画像表示装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電子放出素子内の２箇所から電子放出を行うため、電子放出電流の増大を図ることができる上、該２箇所から放出される電子がアノードに対して同じ方向に飛翔するため、容易にビーム径の集束を図ることができる。よって、本発明によれば、従来よりもより高精細で高画質表示の画像表示装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電子放出素子の一実施形態の構成とその電子放出特性を測定する時の電源の供給配置を示す図である。
【図２】従来の積層型電子放出素子における電子放出の様子と、該素子による発光部材の発光パターンを示す図である。
【図３】低電位側電極を高電位側電極よりもアノード側に配置した電子放出素子における電子放出の様子と、該素子による発光部材の発光パターンを示す図である。
【図４】低電位側電極を高電位側電極よりもアノード側に配置した電子放出素子における電子放出の様子と、該素子による発光部材の発光パターンを示す図である。
【図５】本発明の電子放出素子における電子放出の様子と、該素子による発光部材の発光パターンを示す図である。
【図６】図１に示した電子放出素子の製造工程例を示す図である。
【図７】本発明の実施例において作製した比較例の電子放出素子の製造工程を示す図である。
【図８】本発明の実施例において作製した電子放出素子を複数有する電子源基板の構成を示す図である。
【図９】本発明の画像表示装置と該画像表示装置を構成する電子源基板の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、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、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１１】
〔構成の概要〕
本発明の電子放出素子は、第１及び第２の絶縁部材、第１及び第２の低電位側電極、第１及び第２の高電位側電極を備えている。本発明の電子源基板は、本発明の電子放出素子を基板上に複数配置し、該素子に電圧を印加するための配線を備えている。さらに、本発明の画像表示装置は、上記本発明の電子放出素子を有する電子源基板と、該電子放出素子から放出された電子が到達するアノード及び該電子の照射によって発光する発光部材とを備えている。
【００１２】
図１（ａ）は本発明の電子放出素子の好ましい実施形態の構成を示す断面模式図である。図中、１は基板、２は第１の絶縁層、３は第２の絶縁層であり、第１の絶縁層２と第２の絶縁層３とを合わせたものが本発明に係る第１の絶縁部材である。本発明においては、形成が容易であることから、第１の絶縁部材として第１の絶縁層２の上に第２の絶縁層３を積層したものが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明において、第１の絶縁部材は互いに接しない第１及び第２の側面２１，２２を有し、それぞれの側面が、該側面間に挟まれた上面側の端部に、第１及び第２の凹部１３，１４を有している。図１（ａ）において、係る凹部１３，１４は、第２の絶縁層３の側面が第１の絶縁層２の第１及び第２の側面２１，２２から内側に後退した部分である。
【００１３】
尚、本発明の電子放出素子に係る各部材の「側面」、「上面」及び上下関係は、便宜上、図１（ａ）に示す配置を前提として規定するものであり、図１（ａ）の配置において各部材の側面や上面、上下関係が本発明の規定を満たしていればよい。よって、電子放出素子全体の配置によっては、必ずしも「側面」が水平方向を、「上面」が垂直上方を向くものではなく、画像表示装置を構成した状態で、上記「側面」が垂直上方或いは下方、「上面」が水平方向或いは下方に向く場合も本発明の範疇である。
【００１４】
第１の絶縁層２の第１の側面２１には第１の低電位側電極４が、第２の側面２２には第１の高電位側電極５が配置し、それぞれ、一端が凹部１３，１４の縁に沿って位置している。図１（ａ）において、第１の側面２１は第１の絶縁層２の左側面であり、第２の側面２２は第１の絶縁層２の右側面である。そして、第１の絶縁部材の上面である第２の絶縁層２の上面に第２の低電位側電極６が配置されており、その一側面（第４の側面２４）が第２の側面２２の延長面上に一致し、第２の凹部１４を介して第１の高電位側電極５と対向している。また、第２の低電位側電極６の第３の側面２３は、第２の絶縁層３の側面（即ち、第１の凹部１３）よりも内側に後退した位置にある。
【００１５】
本発明に係る第２の絶縁部材である第３の絶縁層７は第２の低電位側電極６上に配置される。係る第３の絶縁層７の一方の側面（第５の側面２５）は第１の凹部１３より内側に後退した位置にあり、他方の側面（第６の側面２６）は第２の低電位側電極６の第４の側面２４よりも内側に後退した位置にある。そして第３の絶縁層７は、第２の低電位側電極６の第３の側面２３を覆っている。
【００１６】
第２の高電位側電極８は、第２の絶縁層３及び第３の絶縁層７の上に配置され、一方の側面（第７の側面２７）は、第１の絶縁層２の第１の側面２１の延長面上に一致する位置にある。また、他方の側面（第８の側面２８）は、後述する所定の電界を形成できればその位置は特に限定されないが、製造上の容易さから、第２の低電位側電極６の第４の側面２４の延長面上に一致するのが好ましい。
【００１７】
本発明の電子放出素子においては、第１の低電位側電極４と第２の高電位側電極８との距離が最短である間隙９と、第１の高電位側電極５と第２の低電位側電極６との距離が最短である間隙１０とから電子が放出される。また、１１，１２はそれぞれ第１の低電位側電極４及び第１の高電位側電極５に接続された電極である。
【００１８】
本発明の画像表示装置は、第２の高電位側電極８の上方、即ち第２の高電位側電極８を介在させて第１の低電位側電極４、第１の高電位側電極５と対向する位置に、第２の高電位側電極８よりも高電位に規定されたアノードを有している（図１（ｂ）の２０）。本例においては、第１の絶縁層２が基板１上に配置しているため、アノード２０は該基板１の第１の絶縁層２が配置している側に、該基板１に対向配置されているとも言える。尚、本発明の画像表示装置においては、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材が積層配置される。
【００１９】
図１（ｂ）は本発明の電子放出素子の電子放出特性を測定する時の電源の供給配置を示す。図１（ｂ）に示すように、本発明においては、アノード２０は、基板１の第１の絶縁層２が配置している側に該基板１に対向して配置される。図１（ｂ）において、Ｖｆは第１の低電位側電極４と第２の高電位側電極８の間に、第１の低電位側電極４を低電位側として印加される電圧である。また、Ｖｆは第２の低電位側電極６と第１の高電位側電極５の間に、第２の低電位側電極６を低電位側として印加される電圧でもある。ＩｆはＶｆを印加した時に流れる素子電流である。Ｖａは第１の低電位側電極４及び第２の低電位側電極６とアノード２０の間に、アノード２０を高電位側として印加される電圧であり、Ｖａ＞Ｖｆである。ＩｅはＶａを印加した時に流れる電子放出電流である。ここで、電子放出素子に電圧を印加した時に検出される電流Ｉｆと真空中に取り出される電流Ｉｅを用いて、電子放出効率η＝Ｉｅ／（Ｉｆ＋Ｉｅ）で与えられる。
【００２０】
図１（ｂ）のように本発明の電子放出素子に電圧Ｖｆを印加すると、間隙９、間隙１０において、低電位側電極４，６の先端からそれぞれ対向する高電位側電極８，５に向かって電子がトンネリングし、電子が高電位側電極８，５の表面で等方的に散乱する。低電位側電極４，６から放出された電子は高電位側電極８，５の表面で数回の弾性散乱を繰り返した後、電圧Ｖａによって加速され、アノード２０に向かう。間隙９，１０からアノード２０に向かう電子は、間隙９，１０とアノード２０の間に形成される電位の影響を受けた軌道を描いてアノード２０に到達する。
【００２１】
〔電極の配置による電子のアノード到達位置について〕
ここで、電子放出素子から放出された電子がアノード２０に到達する時の到達位置について図２乃至図５を用いて説明する。
【００２２】
〈両側電子放出、順極〉
図２（ａ）は従来型の積層型電子放出素子を用いた画像表示装置の構成を示したもので、３６は低電位側電極、３１は高電位側電極、４０は低電位側電極３６に接続された電極、３３、３８は電子放出に必要な電界が形成される間隙である。間隙３３は低電位側電極３６と高電位側電極３１との距離が最短である部位、間隙３８は低電位側電極４と高電位側電極３１との距離が最短である部位である。尚、図１（ａ）と同じ部材には同じ符号を付した。また、Ｖｆは低電位側電極４、３６と高電位側電極３１の間に印加する電圧、Ｖａは低電位側電極４、３６とアノード２０の間に印加する電圧、ＩｆはＶｆを印加した時に流れる素子電流、ＩｅはＶａを印加した時に流れる電子放出電流である。破線３４はＶｆ，Ｖａを印加した時に形成される電界の等電位線、３５は後述するよどみ点である。また、不図示であるが、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材が配置される。
【００２３】
図２（ａ）の低電位側電極４、３６と高電位側電極３１の間に電圧Ｖｆを印加すると、間隙３３、３８から電子が放出する。放出された電子は、高電位側電極３１に向かい、高電位側電極３１の表面で数回散乱を繰り返す。電圧Ｖｆ、Ｖａを同時に印加すると、高電位側電極３１の電位に相当する等電位線が、高電位側電極３１の表面と交わる点が生じる。これがよどみ点３５である。
【００２４】
ここで、間隙３３から放出された電子について考える。高電位側電極３１の表面で数回散乱を繰り返した後、よどみ点３５を通る等電位線よりも間隙３３から見て外側（図２（ａ）では左側、もしくは上側）に出るまでの間に、図２（ａ）で見て水平方向左側にも加速されて速度成分を得る。よどみ点３５より外側に出た電子は電圧Ｖａによって加速されアノード２０に到達するが、その間は水平方向の電界成分はほとんど無いため、水平方向成分については図２（ａ）で見て左側に向けてほぼ等速運動となる。つまり、間隙３３から放出された電子のアノード２０における到達位置は、間隙３３の直上よりも図２（ａ）で見て左側にずれた位置になる。同様に、間隙３８から放出された電子は、間隙３３から放出された電子と左右逆で考えることができるので、間隙３８から放出された電子のアノード２０における到達位置は、間隙３８の直上よりも図２（ａ）で見て右側にずれた位置になる。
【００２５】
アノード２０に到達した電子は、アノード２０の外側に配置された発光部材を発光させて画像を表示する。図２（ａ）に示した構成の電子放出素子によって得られる発光部材の発光パターンを図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）中、Ａは図２（ａ）の間隙３３から放出された電子がアノード２０に到達して発光させる領域、Ｂは図２（ａ）の間隙３８から放出された電子がアノード２０に到達して発光させる領域である。各領域の輪郭線はピーク輝度の１０％範囲を示している。図２（ａ）の間隙３３、３８から放出された電子のアノード２０における到達位置はそれぞれ左右逆方向にずれた位置になるため、図２（ｂ）に示す通り、発光パターンもＡ，Ｂの２つに分かれた形で表示される。発光パターンの輪郭線の大きさＬｘ、Ｌｙ（ビーム径）をシミュレーションで見積もる。図２（ａ）の基板１の表面からアノード２０までの垂直方向距離Ｈ＝１．６ｍｍ、Ｖａ＝１１．８ｋＶ，Ｖｆ＝２３Ｖの時、Ｌｘ＝２５０μｍ、Ｌｙ＝２３０μｍとなる。また、図２（ａ）の構成で電子放出効率η＝Ｉｅ／（Ｉｆ＋Ｉｅ）は５．５％となる。
【００２６】
このように、図２（ａ）の構成では、高電位側電極３１の両側に電子放出する間隙３３，３８を有するため、得られる電流（Ｉｆ、Ｉｅ）は大きくなる。一方で、それぞれの間隙３３，３８から放出された電子のアノード到達位置は互いに逆方向に大きくずれた位置となり、アノード２０でのビーム径が広くなってしまうため、高精細なディスプレイに応用するには不都合である。
【００２７】
〈片側電子放出、逆極〉
図３（ａ），図４（ａ）は、低電位側電極を高電位側電極より上方に配置した構成を有する積層型電子放出素子を用いた画像表示装置の模式図である。図３（ａ），図４（ａ）において、図１（ａ）と同じ部材には同じ符号を付した。また、間隙４３は低電位側電極６と第１の高電位側電極５との距離が最短の部位である。また、不図示であるが、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材が配置される。図３（ａ）と図４（ａ）の違いは、図４（ａ）では低電位側電極６の上に第３の絶縁層７、第２の高電位側電極８が積層されていることである。Ｖｆは低電位側電極６と第１の高電位側電極５の間、及び低電位側電極６と第２の高電位側電極８の間に印加する電圧、Ｖａは低電位側電極６とアノード２０の間に印加する電圧である。
【００２８】
図３（ａ），図４（ａ）の電子放出素子に電圧Ｖｆを印加すると、間隙４３から電子が放出する。図３（ａ）について考えると、間隙４３から放出された電子は、高電位側電極５、電極１２に向かい、高電位側電極５もしくは電極１２の表面で数回散乱を繰り返す。電圧Ｖｆ、Ｖａを同時に印加すると、高電位側電極５の電位に相当する等電位線が、高電位側電極５もしくは電極１２の表面と交わる点が生じる。これがよどみ点３５である。高電位側電極５又は電極１２の表面で数回散乱を繰り返した電子は、よどみ点３５を通る等電位線よりも間隙４３から見て外側（図３（ａ）では右側）に出るまでに水平方向（図３（ａ）で見て右側）に加速される。よどみ点を超えた電子は電圧Ｖａによって加速されアノード２０に到達するが、その間、水平方向への力はほとんど受けないため、水平方向にはほぼ等速運動となる。よって間隙４３から出た電子のアノード到達位置は間隙４３の直上より図３（ａ）で見て右側にずれた位置となる。即ち、電子のアノード到達位置のずれる方向が、図２（ａ）のような従来型の構成と比べて逆方向になっている。これは、高電位側電極５と低電位側電極６の配置が、電子放出する間隙から見て逆になっているために、放出された電子が受ける水平方向の電界による力も逆向きになっているからである。
【００２９】
但し、図３（ａ）では低電位側電極６から見てアノード２０が高電位側電極５と反対側に配置されている。間隙４３から出た電子は先ず高電位側電極５のある下側に向けて加速され、下向きの速度を得る。アノード２０は高電位側電極５と反対側にあるため、アノード５に印加する電圧Ｖａの影響は受けにくく、高電位側電極５に引っ張られる力の影響のみを受けて、さらに下側に向けて加速されるため、高電位側電極５での散乱回数が増大してしまう。
【００３０】
次に図４（ａ）の構成について考えると、第１の高電位側電極５とそれと等電位な第２の高電位側電極８の間に低電位側電極６が挟まれる構成となっているため、第１の高電位側電極５と第２の高電位側電極８の間をつなぐような等電位線が生じる。間隙４３から出た電子の中には、図３（ａ）と同様に図４（ａ）で見て右向きの速度成分を得るとともに、第１の高電位側電極５と第２の高電位側電極８のいずれからも離れていくような軌道を描く電子が比較的多数存在する。よって、間隙４３から放出された電子のアノード到達位置は、図３（ａ）と同様に図４（ａ）で見て右側にずれる。同時に、図３（ａ）と比べ高電位側電極での散乱回数も低減することができる。
【００３１】
アノード２０に到達した電子は、アノード２０の外側に配置された発光部材を発光させ画像を表示する。図３（ａ）に示した構成の電子放出素子によって得られる発光部材の発光パターンを図３（ｂ）に、図４（ａ）に示した構成の電子放出素子によって得られる発光部材の発光パターンを図４（ｂ）に示す。発光パターンの輪郭線はピーク輝度の１０％範囲を示している。発光パターンの輪郭線の大きさＬｘ、Ｌｙ（ビーム径）をシミュレーションで見積もる。図３（ａ）、図４（ａ）の基板１の表面からアノード２０までの垂直方向距離Ｈ＝１．６ｍｍ、Ｖａ＝１１．８ｋＶ，Ｖｆ＝２３Ｖの時、図３（ａ）ではＬｘ＝１４０μｍ、Ｌｙ＝２５０μｍ、図４（ｂ）ではＬｘ＝１３０μｍ、Ｌｙ＝２５０μｍとなる。また図３（ａ）、図４（ａ）に示す構成で電子放出効率ηをシミュレーションで見積もると、図３（ａ）では１．５％、図４（ａ）では５．５％となる。よって、図４（ａ）のように電子放出する間隙４３を挟んで両側に高電位側電極５，８を配置する構成とすることで、電子放出効率は大幅に改善する。
【００３２】
〈両側、一方順極、他方逆極＋第２の高電位側電極〉
図５（ａ）は本発明の画像表示装置の好ましい実施形態の構成と、形成される等電位線、電子軌道の軌跡を示す模式図である。図５（ａ）の電子放出素子の構成は、図２（ａ）の構成と比較して、一方の側面（図２（ａ）で見て右側面）を図４（ａ）のような構成に置き換えた電子放出素子の構成ということができる。図５（ａ）中、図１（ａ）と同じ部材には同じ符号を付した。また、不図示であるが、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材が配置される。
【００３３】
図５（ａ）の間隙９から放出された電子は、図２（ａ）の構成と同様に電子のアノード到達位置は図５（ａ）で見て右側にずれる。一方、図５（ａ）の間隙１０から放出された電子は、図４（ａ）の構成と同等であるため、電子のアノード到達位置は図５（ａ）で見て右側にずれる。つまり、電子のアノード到達位置は間隙９、１０のいずれから放出された電子についても図５（ａ）で見て同じ方向（右側）にずれることになる。アノード２０に到達した電子は、アノード２０の外側に配置された発光部材を発光させ画像を表示する。
【００３４】
図５（ａ）に示した構成の電子放出素子によって得られる発光部材の発光パターンを図５（ｂ）に示す。発光パターンの輪郭線はピーク輝度の１０％範囲を示している。実線の輪郭線は主として間隙１０から放出された電子によるもの、破線の輪郭線は主として間隙９から放出された電子によるものであり、間隙９，１０から放出された電子のアノード到達位置はほぼ同じ位置となっている。発光パターンの輪郭線の大きさＬｘ、Ｌｙ（ビーム径）をシミュレーションで見積もると、図５（ａ）の基板１の表面からアノード２０までの垂直方向距離Ｈ＝１．６ｍｍ、Ｖａ＝１１．８ｋＶ，Ｖｆ＝２３Ｖの時、Ｌｘ＝１３０μｍ、Ｌｙ＝２５０μｍとなる。図２（ａ）のような構成で得られる発光パターン（図２（ｂ）参照）と比べると、ｙ方向のビーム径は多少広がっているものの、ｘ方向のビーム径が大幅に抑制されていることがわかる。また図５（ａ）に示す構成で電子放出効率ηをシミュレーションで見積もると、５．５％となり、図２（ａ）に示す構成とほぼ同等といえる。
【００３５】
以上より、図５（ａ）のような構成の電子放出素子では、電流が増大し、高い電子放出効率を得られ、且つアノード２０におけるビーム径を抑制した特性を得られることがわかる。
【００３６】
〔製造方法〕
図６を参照して、図１（ａ）に例示した電子放出素子の製造方法の一例を説明する。図６は、図１（ａ）に示した電子放出素子の製造工程を示す模式図である。
【００３７】
〈基板１の形成〉
図６の基板１は素子を機械的に支えるための基板であり、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス及び、シリコン基板である。基板に必要な機能としては、機械的強度が高いだけでなく、ドライエッチング、ウェットエッチング、現像液等のアルカリや酸に対して耐性があり、ディスプレイパネルのような一体ものとして用いる場合は成膜材料や他の積層部材と熱膨張差が小さいものが望ましい。また熱処理に伴いガラス内部からのアルカリ元素等が拡散しづらい材料が望ましい。
【００３８】
〈絶縁層１０１、１０２の形成〉
先ず最初に、図６（ａ）に示すように基板１上に第１の絶縁部材を形成するために絶縁層１０１、１０２を積層する。絶縁層１０１，１０２は、加工性に優れる材料からなる絶縁性の膜であり、例えばＳｉＮ（ＳｉxＮy）やＳｉＯ2であり、その作製方法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。またその厚さとしては、絶縁層１０１は２０ｎｍ乃至５０μｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲に選択され、絶縁層１０２は２０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で設定され、好ましくは２０ｎｍ乃至５０ｎｍの範囲で選択される。尚、絶縁層１０１と１０２を積層した後に絶縁層１０２の側面を後退させるため、絶縁層１０１と絶縁層１０２とはエッチングに対して異なるエッチング量を持つような関係に設定する。望ましくは絶縁層１０１と絶縁層１０２との間のエッチング量の比は、１０以上が望ましく、５０以上が望ましい。例えば、絶縁層１０１はＳｉxＮyを用い、絶縁層１０２はＳｉＯ2等絶縁性材料、或いはリン濃度の高いＰＳＧ、ホウ素濃度の高いＢＳＧ膜等で構成する事ができる。
【００３９】
〈導電層１０３の形成〉
さらに、図６（ａ）に示すように導電層１０３を積層する。導電層１０３は蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成されるものである。導電層１０３の材料は、導電性に加えて高い熱伝導率があり、融点が高い材料が望ましい。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が使用できる。また、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ2，ＺｒＢ2，ＣｅＢ6，ＹＢ4，ＧｄＢ4等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ、ＴａＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体なども使用可能である。また、有機高分子材料、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等も適宜使用可能である。また、導電層１０３の厚さとしては、２０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で選択される。
【００４０】
〈導電層１０３を加工〉
フォトリソグラフィー技術により導電層１０３上にレジストパターンを形成した後、エッチング手法を用いて導電層１０３を加工し、図６（ｂ）に示すように、第３の側面２３を形成する。このようなエッチング加工では一般的にエッチングガスをプラズマ化して材料に照射することで材料の精密なエッチング加工が可能なＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）が用いられる。この際の加工ガスとしては、加工する対象部材としてフッ化物を作る場合はＣＦ4、ＣＨＦ3、ＳＦ6のフッ素系ガスが選ばれる。またＳｉやＡｌのように塩化物を形成する場合はＣｌ2、ＢＣｌ3などの塩素系ガスが選ばれる。またレジストとの選択比を取るため、またエッチング面の平滑性の確保或いはエッチングスピードを上げるために水素や酸素、アルゴンガスなどが随時添加される。
【００４１】
〈絶縁層１０５の形成〉
続いて図６（ｃ）に示すように絶縁層１０５を積層する。絶縁層１０５は、加工性に優れる材料からなる絶縁性の膜であり、例えばＳｉＮ（ＳｉxＮy）やＳｉＯ2であり、その作製方法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。また絶縁層１０５の厚さとしては２０ｎｍ乃至５０μｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲に選択される。但し、第２の高電位側電極８と第２の低電位側電極６との間で電子放出しないように、絶縁層１０５の厚さは絶縁層１０２の厚さよりも大きくする必要がある。尚、絶縁層１０５を積層した後に第６の側面２６を後退させるため、絶縁層１０１と絶縁層１０５とはエッチングに対して異なるエッチング量を持つような関係に設定する。望ましくは絶縁層１０１と絶縁層１０５との間のエッチング量の比は、１０以上が望ましく、５０以上が望ましい。例えば、絶縁層１０１はＳｉxＮyを用い、絶縁層１０５はＳｉＯ2等絶縁性材料、或いはリン濃度の高いＰＳＧ、ホウ素濃度の高いＢＳＧ膜等で構成する事ができる。
【００４２】
〈絶縁層１０５を加工〉
フォトリソグラフィー技術により絶縁層１０５上にレジストパターンを形成した後、エッチング手法を用いて加工し、図６（ｄ）に示すように、第５の側面２５を形成する。このようなエッチング加工としては、前記導電層１０３の加工で述べた方法を用いることができる。
【００４３】
〈導電層１０７の形成〉
続いて図６（ｅ）に示すように導電層１０７を積層する。導電層１０７は蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成されるものである。導電層１０７は導電性があり、電界放出する材料であればよく、一般的には２０００℃以上の高融点、５ｅＶ以下の仕事関数材料であり、酸化物等の化学反応層の形成しづらい或いは簡易に反応層を除去可能な材料が好ましい。このような材料として例えば、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属又は合金材料が使用可能である。また、前記導電層１０３の形成材料として挙げた炭化物、硼化物、窒化物も使用可能である。またさらには、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等も使用可能である。導電層１０７は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成される。また、導電層１０７の厚さとしては、２０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲で選択される。
【００４４】
〈各層をエッチング〉
フォトリソグラフィー技術により導電層１０７上にレジストパターンを形成した後、エッチング手法を用いて導電層１０７、絶縁層１０５、導電層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１０１を順に加工する。その結果、図６（ｆ）に示すように、第１の絶縁層２、絶縁層１０２、第２の低電位側電極６、絶縁層１０５、第２の高電位側電極８が得られる。また、当該工程により、第１の絶縁層２の第１の側面２１及び第２の側面２２、第１の側面２１の延長面上に一致する高電位側電極８の第７の側面２７、第２の側面２２の延長面上に一致する第２の低電位側電極６の第４の側面２４が形成される。また、第２の側面２２の延長面上に第２の高電位側電極８の第８の側面２８も一致して形成されるが、本発明においては、図５（ａ）で説明した電界が構成されれば、係る構成に限定されるものではない。このようなエッチング加工の方法としては、前記導電層１０３の加工で述べた方法を用いることができる。
【００４５】
〈絶縁層１０２、１０５の側面を後退させて第２の絶縁層３、第３の絶縁層７を形成〉
図６（ｇ）に示すように、絶縁層１０２と絶縁層１０５をエッチングして、それぞれの露出した側面を内側に後退させる。これにより、第１の側面２１，第２の側面２２よりも内側に後退した側面を有する第２の絶縁層３が形成される。即ち、第１の絶縁部材の第１の凹部１３と第２の凹部１４とが形成される。同時に、第２の側面２２及び第４の側面２４よりも内側に後退した第６の側面２６を有する第３の絶縁層７が形成される。エッチングは、例えば絶縁層１０２，１０５がＳｉＯ2からなる材料であれば、通称バッファーフッ酸（ＢＨＦ）と呼ばれるフッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液を用い、ＳｉxＮyからなる材料であれば熱リン酸系エッチング液を使用することが可能である。第１の絶縁層２の側面２１から第２の絶縁層３の側面までの距離Ｌ（第１の凹部１３の深さ）は、素子形成後のリーク電流に深く関わり、Ｌを大きく形成するほどリーク電流の値が小さくなる。しかし、あまり距離を深く形成すると高電位側電極が変形する等の課題が発生する。このため、Ｌはおよそ３０ｎｍ乃至２００ｎｍ程度で形成される。同様に、第２の凹部１４の深さＬも３０ｎｍ乃至２００ｎｍ程度で形成される。
【００４６】
〈剥離層１０９の形成〉
図６（ｈ）に示すように、第２の高電位側電極８と第２の低電位側電極６の表面に剥離層１０９を形成する。剥離層１０９の形成は、次の工程で堆積する導電性膜１１０を第２の高電位側電極８、第２の低電位側電極６から剥離することが目的である。このような目的のため、例えば電解メッキにて剥離金属を付着させるなどの方法によって剥離層１０９を形成する。
【００４７】
〈導電性膜１１０の形成〉
図６（ｉ）に示すように、導電性膜１１０を第２の高電位側電極８の外表面、第２の低電位側電極６の第４の側面２４、第１の絶縁層２の第１及び第２の側面２１，２２に付着させる。導電性膜１１０としては、前記した導電層１０７と同じ材料が好ましく用いられ、形成方法も同様である。次いで、図６（ｊ）に示すように、剥離層１１０をエッチングで取り除くことで、第２の高電位側電極８と第２の低電位側電極６の外表面上の導電性膜１１０が取り除かれ、第１の低電位側電極４と第１の高電位側電極５が形成される。導電性膜１１０の好ましい厚さは５ｎｍ乃至８０ｎｍである。次に図６（ｋ）に示すように、第１の低電位側電極４と電気的な導通を取るために電極１１を形成し、第１の高電位側電極５と電気的な導通を取るために電極１２を形成する。この電極１１、１２は、前記導電性膜１１０と同様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。電極１１、１２の材料としては、前記した導電層１０３と同じ材料が好ましく用いられる。電極１１、１２の厚さとしては、５０ｎｍ乃至５ｍｍの範囲で設定され、好ましくは５０ｎｍ乃至５μｍの範囲で選択される。
【００４８】
次に、図９を参照し、本発明の電子源基板と画像表示装置について説明する。図９（ａ）は、本発明の電子源基板の好ましい実施形態を示す平面模式図である。また図９（ｂ）は、本発明の画像表示装置の一例の断面構造を示す模式図である。
【００４９】
本発明の電子源基板９３は、図９（ａ）に示されるように、基板１上に本発明の電子放出素子９２を複数備えている。該素子９２は、信号線９０、走査線９１からなるマトリクス配線に接続され、不図示の駆動回路によって所定のアドレスからの電子放出が制御されるようになっている。
【００５０】
本例の画像表示装置９６は、図９（ｂ）に示すように、電子放出素子９２を有する電子源基板９３と、発光基板９７とを対向させて組み合わせ、周囲に枠９４を配置した真空容器を形成することで作製される。発光基板９７は、少なくともアノードと、該アノードに積層配置された発光部材とを備えている。一般的には、ガラス基板のような透明基板の内側に発光部材として蛍光体等を配置し、さらに内側にアノードを配置する。また、真空容器として形成した画像表示装置９６内には、通常、耐大気圧保持のために、上記発光基板９７と電子源基板９３との間にスペーサー（不図示）を介在させている。発光基板９７のアノードには不図示の高圧電源から高圧電圧が供給され、電子源基板９３から放出される電子を発光基板９７の発光部材に照射して発光させることになる。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【実施例】
【００５２】
（実施例１）
図１に示した構成の電子放出素子を、図６の工程に従って作製した。先ず、図６（ａ）に示すように、低ナトリウムガラスであるＰＤ２００を基板１として用い、絶縁層１０１として厚さ５００ｎｍのＳｉＮ（ＳｉxＮy）膜をスパッタ法にて形成し、次いで絶縁層１０２として厚さ２３ｎｍのＳｉＯ2膜をスパッタ法にて形成した。さらに、絶縁層１０２上に、導電層１０３として、厚さ３０ｎｍのＴａＮ膜をスパッタ法にて形成した。次に、フォトリソグラフィー技術により導電層１０３上にレジストパターンを形成した後、ドライエッチング手法を用いて導電層１０３を加工し、図６（ｂ）に示すように、第３の側面２３を形成した。この時の加工ガスとしては、導電層１０３には前述のようにフッ化物を作る材料が選択されているためＣＦ4系のガスが用いられた。レジストを剥離した後、図６（ｃ）に示すように、絶縁層１０５として厚さ４０ｎｍのＳｉＯ2膜をスパッタ法にて形成した。
【００５３】
次に、フォトリソグラフィー技術により絶縁層１０５上にレジストパターンを形成した後、ドライエッチング手法を用いて絶縁層１０５を加工し、図６（ｄ）に示すように、第５の側面２５を形成した。この時の加工ガスとしては、絶縁層１０５には前述のようにフッ化物を作る材料が選択されているためＣＦ4系のガスを用いた。レジストを剥離した後、図６（ｅ）に示すように、導電層１０７として厚さ３０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜をスパッタ法にて形成した。次に、フォトリソグラフィー技術により導電層１０７上にレジストパターンを形成した後、ドライエッチング手法を用いて導電層１０７、絶縁層１０５、導電層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１０１を順に加工した。その結果、図６（ｆ）に示すように、第１の絶縁層２、絶縁層１０２、第２の低電位側電極６、絶縁層１０５、第２の高電位側電極８からなる積層体を形成した。レジストパターンは、ドライエッチング加工後に高電位側電極８の幅（第１の側面２１と第２の側面２２との距離）が１０μｍとなるようにレジストパターンを形成した。この時の加工ガスとしては、導電層１０７、絶縁層１０５、導電層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１０１には前述のようにフッ化物を作る材料が選択されているためＣＦ4系のガスを用いた。
【００５４】
レジストを剥離した後、図６（ｇ）に示すように、ＢＨＦを用いて凹部の深さが約１２０ｎｍになるように絶縁層１０２と絶縁層１０５をエッチングし、第２の絶縁層３と第３の絶縁層７を形成した。次に、図６（ｈ）に示すように、第２の高電位側電極８、第２の低電位側電極６の表面に電解めっきによりＮｉを電解析出させて剥離層１０９を形成した。図６（ｉ）に示すように、導電性膜１１０としてモリブデン（Ｍｏ）をＥＢ蒸着法を用いて形成した。始めに基板の角度を水平面に対し図６（ｉ）から見て右回りに６０°にセットして成膜後、続いて基板の角度を水平面に対し図６（ｉ）から見て左回りに６０°にセットして成膜した。蒸着は約１２ｎｍ／ｍｉｎになるように蒸着速度を定めた。そして蒸着時間を精密に制御し（本例では右回り６０°セットで１分、左回り６０°セットで１分）、第１の絶縁層２の第１の側面２１、第２の側面２２にそれぞれ厚さ１８ｎｍのＭｏが形成されるようにした。Ｍｏ膜を形成後、図６（ｊ）に示すように、ヨウ素とヨウ化カリウムからなるエッチング液を用いてＮｉ剥離層１０９を除去することにより、第２の高電位側電極８、第２の低電位側電極６からＭｏ材料１１０を剥離した。
【００５５】
以上の方法で電子放出素子を形成した後、図１（ｂ）に示す構成にて電子放出特性を評価した。尚、アノード２０の外側（電子放出素子が位置する側とは反対側）に発光部材を配置した。その結果、Ｖｆ＝２３Ｖ、Ｖａ＝１１．８ｋＶを印加した時、Ｉｆ＝６１μＡ，Ｉｅ＝３．２μＡ、η＝５．２％であった。本例の電子線装置によって得られた発光パターンは、図５（ｂ）に示す通りであり、ピーク輝度の範囲Ｌｘ、Ｌｙを測ったところ、Ｌｘ＝１３５μｍ、Ｌｙ＝２５５μｍであった。
【００５６】
（比較例１）
次に、図２（ａ）に示すような構成の電子放出素子を、図７に示す工程に従って作製した。先ず、実施例１と同様に絶縁層１０１、絶縁層１０２、導電層１０３を形成した（図７（ａ））。その後、導電層１０３上にフォトリソグラフィー技術でレジストパターンを形成後、ドライエッチング手法を用いて導電層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１０１を順に加工し、絶縁層２、絶縁層１０２、高電位側電極３１を形成した（図７（ｂ））。レジストを剥離した後、実施例１と同様に絶縁層１０２をエッチングし、絶縁層３を形成した（図７（ｃ））。その後、実施例１と同様に高電位側電極３１の表面に剥離層１０９を形成し（図７（ｄ））、絶縁層２の側面、高電位側電極３１の表面、基板１の表面に導電性膜１１０を形成した（図７（ｅ））。その後、剥離層１０９を除去して高電位側電極３１上の導電性膜１１０を剥離した（図７（ｆ））。
【００５７】
以上の方法で電子放出素子を形成した後、実施例１と同様にアノードと発光部材を配置し、実施例１と同様の方法で電子放出素子の特性を評価した。その結果、Ｖｆ＝２３Ｖ、Ｖａ＝１１．８ｋＶを印加した時、Ｉｆ＝６０μＡ，Ｉｅ＝３．２μＡ、η＝５．３％であった。本例の電子線装置によって得られた発光パターンは図２（ａ）の通りであり、ピーク輝度の範囲Ｌｘ、Ｌｙを測ったところ、Ｌｘ＝２４０μｍ、Ｌｙ＝２３５μｍであった。実施例１と比べると、本例では電流Ｉｅ，Ｉｆ，電子放出効率ηはほぼ同等で、アノードでのビーム径は実施例１の方がＹ方向（Ｌｙ）はやや広がっているものの、Ｘ方向（Ｌｘ）は大幅に狭まっており、本発明による効果を確認することができた。
【００５８】
（実施例２）
本例では、図８（ａ）に示すように、実施例１の電子放出素子を基板上に複数並べた電子源基板を構成した。基本的な作製方法は実施例１（図６（ａ）乃至（ｋ））と同様である。電子放出素子が４つ横に並び、且つ、高電位側電極８の幅（Ｗ１）はいずれも１０μｍ、高電位側電極８の端から隣接する高電位側電極８の端までの距離（Ｗ２）は１０μｍとなるようにレジストパターンを形成した。
【００５９】
以上の方法で電子源を形成した後、実施例１と同様にアノードと発光部材を配置し、実施例１と同様の方法で電子放出特性を評価した結果、Ｖｆ＝２３Ｖ、Ｖａ＝１１．８ｋＶを印加した時、Ｉｆ＝２３２μＡ，Ｉｅ＝１２．５μＡ、η＝５．４％であった。本例の電子線装置によって得られた発光パターンを図８（ｂ）に示す。発光パターンの輪郭線はピーク輝度の１０％範囲を示している。図８（ｂ）の発光パターンを見ると、実施例１で得られた発光パターン（図２（ｂ））を横に重ね合わせた形状にほぼ等しく、隣接した積層体によって形成される電界の影響は大きくないことがわかった。図８（ｂ）のピーク輝度の範囲Ｌｘ、Ｌｙを測ったところ、Ｌｘ＝２００μｍ、Ｌｙ＝２５５μｍであった。
【符号の説明】
【００６０】
４：第１の低電位側電極、５：第１の高電位側電極、６：第２の低電位側電極、８：第２の高電位側電極、２０：アノード、２１：第１の側面、２２：第２の側面、２３：第４の側面、２４：第４の側面、２５：第５の側面、２６：第６の側面、２７：第７の側面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と、該上面を挟む第１及び第２の側面とを有し、第１の側面の上面側の端部に第１の凹部を、第２の側面の上面側の端部に第２の凹部を有する第１の絶縁部材と、
第１の側面に配置し、一端が前記第１の凹部の縁に沿った第１の低電位側電極と、
第２の側面に配置し、一端が前記第２の凹部の縁に沿った第１の高電位側電極と、
前記第１の凹部よりも内側に後退した位置に第３の側面と、前記第２の側面の延長面上に、その面が一致する第４の側面と、を有し、前記第１の絶縁部材の前記上面に配置され、前記第２の凹部を介して第１の高電位側電極に対向する第２の低電位側電極と、
前記第１の凹部よりも内側に後退した位置に第５の側面を、前記第４の側面よりも内側に後退した位置に第６の側面を有し、前記第２の低電位側電極の第３の側面を覆って前記第２の低電位側電極の上に配置される第２の絶縁部材と、
前記第１の側面の延長面上に、その面が一致する第７の側面を有し、前記第１の凹部を介して前記第１の低電位側電極に対向し、前記第１の絶縁部材及び第２の絶縁部材の上に配置される第２の高電位側電極と、
を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
基板と、前記基板上に配置した、複数の電子放出素子と、前記電子放出素子に電圧を印加するための配線とを備えた電子源基板であって、前記電子放出素子が請求項１に記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源基板。
【請求項３】
請求項２に記載の電子源基板と、
前記電子源基板に形成された電子放出素子の第２の高電位側電極を介在させて、前記第１の低電位側電極及び第１の高電位側電極と対向配置されるアノードと、前記アノードに積層して配置された、前記電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材と、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
上面と、該上面を挟む第１及び第２の側面とを有し、第１の側面の上面側の端部に第１の凹部を、第２の側面の上面側の端部に第２の凹部を有する第１の絶縁部材と、
第１の側面に配置し、一端が前記第１の凹部の縁に沿った第１の低電位側電極と、
第２の側面に配置し、一端が前記第２の凹部の縁に沿った第１の高電位側電極と、
前記第１の凹部よりも内側に後退した位置に第３の側面と、前記第２の側面の延長面上に、その面が一致する第４の側面と、を有し、前記第１の絶縁部材の前記上面に配置され、前記第２の凹部を介して第１の高電位側電極に対向する第２の低電位側電極と、
前記第１の凹部よりも内側に後退した位置に第５の側面を、前記第４の側面よりも内側に後退した位置に第６の側面を有し、前記第２の低電位側電極の第３の側面を覆って前記第２の低電位側電極の上に配置される第２の絶縁部材と、
前記第１の側面の延長面上に、その面が一致する第７の側面を有し、前記第１の凹部を介して前記第１の低電位側電極に対向し、前記第１の絶縁部材及び第２の絶縁部材の上に配置される第２の高電位側電極と、
を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
基板と、前記基板上に配置した、複数の電子放出素子と、前記電子放出素子に電圧を印加するための配線とを備えた電子源基板であって、前記電子放出素子が請求項１に記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源基板。
【請求項３】
請求項２に記載の電子源基板と、
前記電子源基板に形成された電子放出素子の第２の高電位側電極を介在させて、前記第１の低電位側電極及び第１の高電位側電極と対向配置されるアノードと、前記アノードに積層して配置された、前記電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材と、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１８７２７８（Ｐ２０１１−１８７２７８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０４４２（Ｐ２０１０−５０４４２）
【出願日】平成２２年３月８日（２０１０．３．８）
【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２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月８日（２０１０．３．８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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