(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体の表面に設けられ電界が与えられることで電子を放出するエミッタ電極を備えた電界電子放出素子において、
上記エミッタ電極は、それぞれ上記導電体の表面から略垂直方向に成長し互いに密着しているとともにそれぞれ電子を放出する先端部を有した複数の柱状結晶からなる柱状結晶集合体を備えている
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項２】
請求項１記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶の先端部は尖鋭化されている
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項３】
請求項１記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶集合体は、導電体上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）の手段により、ＷＦ6 とＳｉＨ4 を反応させ成膜されたものである
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項４】
請求項１載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶はβ−タングステン（β−Ｗ）を含有することを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項５】
請求項１記載の電界電子放出素子において、
この柱状結晶集合体に、この導電体との電位差に応じた電界を与えることで、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から電子を引き出すゲ−ト電極を有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項６】
請求項５記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体と対向する縁部を有し、この縁部と上記柱状結晶集合体とのギャップを介して上記柱状結晶集合体に電界を与えるものである
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項７】
請求項６記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、上記導電体に絶縁層を介して積層されている
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項８】
請求項６記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体に絶縁層を介して積層されていることを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項９】
請求項６記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を通す貫通部を有し、
上記ゲ−ト電極の縁部は、前記貫通部の周部によって構成されている
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１０】
請求項９記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、孔状の貫通部を有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１１】
請求項９記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、溝状の貫通部を有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１２】
請求項９記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶集合体は、上記導電体の表面の、上記ゲ−ト電極の貫通部に対応する部位にのみ選択的に成膜されたものである
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１３】
請求項９記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶集合体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法が、周縁部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法よりも大きく形成されている
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１４】
請求項１３記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部が、上記ゲ−ト電極の貫通部を貫通して突出している
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１５】
請求項１３記載の電界電子放出素子において、
上記導電体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する部位が、その周縁部に位置する部位よりもゲ−ト電極側に突出している
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１６】
請求項５記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を受けるアノ−ド電極を有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１７】
請求項１６記載の電界電子放出素子において、
上記アノ−ド電極は、上記ゲ−ト電極の貫通部に対向する蛍光体を有し、
この蛍光体は、上記柱状結晶集合体から放出された電子を受けることで発光する
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１８】
請求項５記載の電界電子放出素子が集積されてなることを特徴とする電子放出源。
【請求項１９】
請求項１８記載の電子放出源において、
上記ゲ−ト電極は、貫通部が複数設けられてなり、
各貫通部を通して上記各柱状結晶集合体から電子が放出される
ことを特徴とする電子放出源。
【請求項２０】
請求項１９の電子放出源において、
上記ゲ−ト電極は孔状の貫通部を有する
ことを特徴とする電子放出源。
【請求項２１】
請求項１９の電子放出源において、
上記ゲ−ト電極は溝状の貫通部を有する
ことを特徴とする電子放出源。
【請求項２２】
請求項５記載の電界電子放出素子を複数有する電子放出源と、
この電子放出源から放出された電子を受けることで発光表示を行う表示部とを有することを特徴とする平面ディスプレイ装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の平面ディスプレイ装置において、
上記電子放出源と上記表示部は、上記ゲ−ト電極に積層された絶縁層を介して接合されている
ことを特徴とする平面ディスプレイ装置。
【請求項２４】
ゲ−ト電極と、このゲ−ト電極から電界が与えられることで先端部から電子を放出するエミッタ電極とを有する電界電子放出素子の製造方法において、
導電体上に、この導電体の表面からそれぞれ略垂直方向に成長した多数の柱状結晶が密接してなる柱状結晶集合体を成膜し、各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第１の工程と、
縁部を有するゲ−ト電極を形成する第２の工程と、
を有することを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、
導電体上に第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜を積層する工程と、
上記第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜の所定の部位をエッチング除去し、貫通部を設ける工程と、
この貫通部を通して露出した上記導電体上に柱状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ電極を形成する工程とを含み、
前記第２の工程は、
上記第１の絶縁膜を選択的にエッチングすることで、上記導電膜を上記柱状結晶集合体側に突出する縁部を有するゲ−ト電極に成形する工程を含む
ことを有することを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２６】
請求項２４記載の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第２の工程は、
上記柱状結晶集合体上に絶縁膜と導電膜とを積層する工程と、
上記導電膜と上記絶縁膜の所定の部位をエッチング除去して貫通部を設け、上記導電膜を縁部を有するゲ−ト電極に形成する工程とを含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２７】
請求項２４記載の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、
上記導電体を、反応器内に収容し、
この反応器内にＷＦ6 とＳｉＨ4 を導入して反応させることで、上記導電体の表面から略垂直に成長するβ−Ｗを含有する複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の電界電子放出素子の製造方法において、
上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、
反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５００℃、好ましくは３２０℃に保ち、
上記ＷＦ6 とＳｉＨ4 の流量比（ＳｉＨ4 ／ＷＦ6 ）は０．９〜２．０、好ましくは１．０に保つ工程を含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の電界電子放出素子の製造方法において、
上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、
上記反応器内に、Ｈ2 を導入する工程を含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３０】
基板の表面に導電体を形成する第１の工程と、
この導電体の表面に、それぞれ上記導電体の表面から略垂直方向に成長し互いに密着しているとともにそれぞれ先端部が尖鋭化された複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜し、上記各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第２の工程と、
上記柱状結晶集合体に第１の絶縁膜、導電膜、第２の絶縁膜を積層する第３の工程と、
上記第１、第２の絶縁膜と導電膜の所定の部位をエッチング除去してこの導電膜に縁部を設ける第４の工程と、
表面に透明導電膜と蛍光体とが積層されてなる表示部材を、真空雰囲気中で上記第２の絶縁膜の表面に接合し、上記蛍光体を上記エミッタ電極に対向させる第５の工程と
を有することを特徴とする平面ディスプレイ装置の製造方法。
【請求項３１】
請求項３０記載の平面ディスプレイ装置の製造方法において、
前記第２の工程は、
上記導電体の形成された基板を反応器内に収容し、
この反応器内に少なくともＷＦ6 とＳｉＨ4 を導入して反応させることで、上記導電体の表面にから略垂直に成長するβ−Ｗを含有する柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含む
ことを特徴とする平面ディスプレイ装置の製造方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の平面ディスプレイ装置の製造方法において、
上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、
反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５００℃に保ち、この範囲にてさらに好ましくは３２０℃に保ち、
上記ＷＦ6 とＳｉＨ4 の流量比（ＳｉＨ4 ／ＷＦ6 ）は０．９〜２．０に保ち、さらに好ましくは１．０に保つ工程を含む
ことを特徴と平面ディスプレイ装置の製造方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の平面ディスプレイ装置の製造方法において、
上記柱状結晶集合体を成膜する工程には、上記反応器内に、Ｈ2 を導入する工程を含む
ことを特徴とする平面ディスプレイ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば、真空マイクロエレクトロニクス技術を利用した電界電子放出素子、この電界電子放出素子を応用した電子放出源および平面ディスプレイ装置、および電界放出素子および平面ディスプレイ装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、真空を電荷輸送媒体とする真空素子が研究されているが、この真空素子の一つとして電界電子放出素子（真空マイクロ素子）がある。そして、代表的な電界電子放出素子には、図４０に示すようにエミッタ電極１が基板２から略鉛直方向に四角錐や円錐の形状を呈しているもの（以下、スピント型と記す）と、図４１（ａ）及び（ｂ）に示すようにエミッタ電極３が基板２と平行な方向に三角形の飛び込み板形状、即ち楔形の形状を呈しているもの（以下、平面型と記す）とがある。なお、図４０および図４１において、４、５で示すのはそれぞれ上記エミッタ電極１、３から電子を引き出すためのゲ−ト電極である。
【０００３】
上記スピント型の電界電子放出素子の作製は、例えば東北大学電気通信研究所の横尾邦義氏が電気学会誌  Ｖｏｌ．１１２，Ｎｏ．４  （１９９２）  ｐｐ２５７−２６２に記しているように、スタンフォ−ド研究所のスピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｔ）  氏らの開発した回転させながら斜め方向から陰極チップを蒸着する技術や、アメリカ海軍研究所のグレイ（Ｈ．Ｆ．Ｇｒａｙ）氏らの開発したＳｉ単結晶を選択的に異方性エッチングする技術を基本にして行われる。
【０００４】
さらに、平面型等の他のエミッタ電極の作製方法は、例えば、工業技術院電子技術総合研究所の伊東順司氏及び金丸正剛氏によって、「微小冷陰極の応用−真空マイクロ素子−」（オプトロニクス誌  Ｎｏ．１０９  （１９９１）  ｐｐ１９３−１９８）や、「微小三極真空素子の試作とその応用」（日本学術振興会荷電粒子ビ−ムの工業への応用第１３２  委員会第１１１  回研究会資料  （１９９０）  ｐｐ７−１３）で説明されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の電界電子放出素子には、以下に説明する解決すべき課題がある。
【０００６】
すなわち、従来の電界電子放出素子のエミッタ電極１、３の形状は、前述したように円角錐や円錐、楔状であるので、電界電子放出素子の間隔がエミッタ電極１、３の底面の大きさによって制限されてしまい、電界電子放出素子の密度を高めるのが困難であった。そして、エミッタ電極１、３から放出される電子の密度（エミッション電流の大きさ）は、エミッタ電極１、３の数の影響を受けることから、単位面積当たりのエミッション電流を大きくするのも困難であった。
【０００７】
また、電界電子放出素子において、より低い駆動電圧で高いエミッション電流を得るには、エミッタ電極の先端をできるかぎり尖らせて電界の集中度を向上させる必要がある。
【０００８】
しかし、従来の電界電子放出素子においては、エミッタ電極の尖鋭化を、エッチングや重ね合せ露光により行っていた。このため、エミッタ電極の尖鋭化に複雑なプロセスが必要であり、尖鋭化が困難だった。また、エミッタ電極の作製プロセスが複雑なため、再現性が乏しく、多数のエミッタ電極を均質に作製することは困難だった。
【０００９】
さらに、上記エミッタ電極の尖鋭度は、使用する露光装置の解像度に左右される。装置の解像度には限界があるため、上記エミッタ電極の尖鋭化には一定の限界があった。
【００１０】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エミッタ電極の尖鋭化が容易に図れ、かつこのエミッタ電極を高密度に配置して、電子放出効率の高い電界電子放出素子および、この電界電子放出素子を応用した平面ディスプレイ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、導電体の表面に設けられ電界が与えられることで電子を放出するエミッタ電極を備えた電界電子放出素子において、上記エミッタ電極は、それぞれ上記導電体の表面から略垂直方向に成長し互いに密着しているとともにそれぞれ電子を放出する先端部を有した複数の柱状結晶からなる柱状結晶集合体を備えていることを特徴とする電界電子放出素子である。
【００１３】
第２の手段は、第１の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶の先端部は尖鋭化されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第３の手段は、第１の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶集合体は、導電体上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）の手段により、ＷＦ6 とＳｉＨ4 を反応させ成膜されたものであることを特徴とするものである。
【００１５】
第４の手段は、第１の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶はβ−タングステン（β−Ｗ）を含有することを特徴とするものである。
【００１６】
第５の手段は、第１の手段の電界電子放出素子において、この柱状結晶集合体に、この導電体との電位差に応じた電界を与えることで、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から電子を引き出すゲ−ト電極を有することを特徴とするものである。
【００１７】
第６の手段は、第５の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体と対向する縁部を有し、この縁部と上記柱状結晶集合体とのギャップを介して上記柱状結晶集合体に電界を与えるものであることを特徴とするものである。
【００１８】
第７の手段は、第６の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記導電体に絶縁層を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００１９】
第８の手段は、第６の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体に絶縁層を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００２０】
第９の手段は、第６の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を通す貫通部を有し、上記ゲ−ト電極の縁部は、前記貫通部の周部によって構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
第１０の手段は、第９の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、孔状の貫通部を有することを特徴とするものである。
【００２２】
第１１の手段は、第９の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、溝状の貫通部を有することを特徴とするものである。
【００２３】
第１２の手段は、第９手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶集合体は、上記導電体の表面の、上記ゲ−ト電極の貫通部に対応する部位にのみ選択的に成膜されたものであることを特徴とするものである。
【００２４】
第１３の手段は、第９の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶集合体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法が、周縁部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法よりも大きく形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
第１４の手段は、第１３の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部が、上記ゲ−ト電極の貫通部を貫通して突出していることを特徴とするものである。
【００２６】
第１５の手段は、第１３の手段の電界電子放出素子において、上記導電体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する部位が、その周縁部に位置する部位よりもゲ−ト電極側に突出していることを特徴とするものである。
【００２７】
第１６の手段は、第５の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を受けるアノ−ド電極を有することを特徴とするものである。
【００２８】
第１７の手段は、第１６の手段の電界電子放出素子において、上記アノ−ド電極は、上記ゲ−ト電極の貫通部に対向する蛍光体を有し、この蛍光体は、上記柱状結晶集合体から放出された電子を受けることで発光することを特徴とするものである。
【００２９】
第１８の手段は、第５の手段の電界電子放出素子が集積されてなることを特徴とする電子放出源である。
【００３０】
第１９の手段は、第１８の手段の電子放出源において、上記ゲ−ト電極は、貫通部が複数設けられてなり、各貫通部を通して上記各柱状結晶集合体から電子が放出されることを特徴とするものである。
【００３１】
第２０の手段は、第１９の手段の電子放出源において、上記ゲ−ト電極は孔状の貫通部を有することを特徴とするものである。
【００３２】
第２１の手段は、請求項１９の電子放出源において、上記ゲ−ト電極は溝状の貫通部を有することを特徴とするものである。
【００３３】
第２２の手段は、第５の手段の電界電子放出素子を複数有する電子放出源と、この電子放出源から放出された電子を受けることで発光表示を行う表示部とを有することを特徴とする平面ディスプレイ装置である。
【００３４】
第２３の手段は、請求項２１記載の平面ディスプレイ装置において、上記電子放出源と上記表示部は、上記ゲ−ト電極に積層された絶縁層を介して接合されていることを特徴とするものである。
【００３５】
第２４の手段は、ゲ−ト電極と、このゲ−ト電極から電界が与えられることで先端部から電子を放出するエミッタ電極とを有する電界電子放出素子の製造方法において、導電体上に、この導電体の表面からそれぞれ略垂直方向に成長した多数の柱状結晶が密接してなる柱状結晶集合体を成膜し、各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第１の工程と、縁部を有するゲ−ト電極を形成する第２の工程とを有することを特徴とするものである。
【００３６】
第２５の手段は、第２４の手段の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、導電体上に第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜を積層する工程と、上記第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜の所定の部位をエッチング除去し、貫通部を設ける工程と、この貫通部を通して露出した上記導電体上に柱状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ電極を形成する工程とを含み、
前記第２の工程は、上記第１の絶縁膜を選択的にエッチングすることで、上記導電膜を上記柱状結晶集合体側に突出する縁部を有するゲ−ト電極に成形する工程を含むことを有することを特徴とするものである。
【００３７】
第２６の手段は、第２４の手段の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、導電体の表面に柱状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ電極を形成する工程とを含み、
前記第２の工程は、上記柱状結晶集合体上に絶縁膜と導電膜とを積層する工程と、上記導電膜と上記絶縁膜の所定の部位をエッチング除去して貫通部を設け、上記導電膜を縁部を有するゲ−ト電極に形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００３８】
第２７の手段は、第２４の手段の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、上記導電体を、反応器内に収容し、この反応器内にＷＦ6 とＳｉＨ4 を導入して反応させることで、上記導電体の表面から略垂直に成長するβ−Ｗを含有する複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含むことを特徴とするものである。
【００３９】
第２８の手段は、第２７の手段の電界電子放出素子の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５００℃、好ましくは３２０℃に保ち、上記ＷＦ6 とＳｉＨ4 の流量比（ＳｉＨ4 ／ＷＦ6 ）は０．９〜２．０、好ましくは１．０に保つ工程を含むことを特徴とするものである。
【００４０】
第２９の手段は、第２７の手段の電界電子放出素子の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、上記反応器内に、Ｈ2 を導入する工程を含むことを特徴とするものである。
【００４１】
第３０の手段は、基板の表面に導電体を形成する第１の工程と、この導電体の表面に、それぞれ導電体の表面から略垂直方向に成長しているとともにそれぞれ先端部が尖鋭化された複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜し、上記各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第２の工程と、上記柱状結晶集合体に第１の絶縁膜、導電膜、第２の絶縁膜を積層する第３の工程と、上記第１、第２の絶縁膜と導電膜の所定の部位をエッチング除去してこの導電膜に縁部を設ける第４の工程と、表面に透明導電膜と蛍光体とが積層されてなる表示部材を、真空雰囲気中で上記第２の絶縁膜の表面に接合し、上記蛍光体を上記エミッタ電極に対向させる第５の工程とを有することを特徴とする平面ディスプレイ装置の製造方法。
【００４２】
第３１の手段は、第３０の手段の平面ディスプレイ装置の製造方法において、前記第２の工程は、上記導電体の形成された基板を反応器内に収容し、この反応器内に少なくともＷＦ6 とＳｉＨ4 を導入して反応させることで、上記導電体の表面にから略垂直に成長するβ−Ｗを含有する柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含むことを特徴とするものである。
【００４３】
第３２の手段は、第３１の手段の平面ディスプレイ装置の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５００℃に保ち、この範囲にてさらに好ましくは３２０℃に保ち、上記ＷＦ6 とＳｉＨ4 の流量比（ＳｉＨ4 ／ＷＦ6 ）は０．９〜２．０に保ち、さらに好ましくは１．０に保つ工程を含むことを特徴とするものである。
【００４４】
第３３の手段は、第３２の手段の平面ディスプレイ装置の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程には、上記反応器内に、Ｈ2 を導入する工程を含むことを特徴とするものである。
【００４５】
【作用】
第１および第２の手段によれば、高密度に設けられた各柱状結晶の尖鋭化された先端部からそれぞれ電子を放出できるので、電子放出効率が良くなる。
【００４６】
また第３、第４の手段のように、ＣＶＤ法を用いてβ−Ｗを含む柱状結晶を成膜することで上述のエミッタ電極を形成できる。すなわち、成膜工程のみで、高密度に配置されかつ先端が尖鋭化されたエミッタ電極を得ることができるので、この電界電子放出素子の製造が非常に容易になる。
【００４７】
第５〜第１１の手段によれば、導電膜に縁部を設け、さらには貫通孔を設けることでゲ−ト電極を得ることができ、かつ、上記エミッタ電極から引き出された電子をこの貫通孔を通して真空中に放出することができる。
【００４８】
また、第１２の手段のように、上記エミッタ電極を構成する柱状結晶集合体は、ゲ−ト電極の貫通孔に対応する箇所だけに成膜しても良いし、上記貫通孔よりも広い範囲に成膜しても良い。
【００４９】
第１３〜第１５の手段によれば、貫通孔の中央部に位置する柱状結晶の先端部を高く位置させることで、この柱状結晶の先端部をゲ−ト電極に近付けることができるので、この柱状結晶に対する電界集中度が向上し、電子放出効率が向上する。
【００５０】
第１６の手段によれば、柱状結晶集合体により構成されたエミッタ電極を有する３極管を得ることができる。また、第１７の手段によれば、３極管のアノ−ド電極に蛍光体を設けることで、放出された電子により蛍光体を発光させることができる。この際、電子放出効率が高いので、低い駆動電圧で高い輝度を得ることができる。
【００５１】
第１８〜第２１の手段によれば、柱状結晶集合体をエミッタ電極とする電界電子放出素子を集積化した電子放出源を得られ、エミッタ電極から引き出された電子は、ゲ−ト電極に設けられた各貫通孔を通して放出される。このとき、任意の電界電子放出素子を選択して電子を放出させることも可能である。
【００５２】
第２２の手段によれば、柱状結晶集合体により構成されたエミッタ電極を有する電子放出素子を平面ディスプレイに適用することが可能であり、この場合、より低い動作電圧で必要な表示を行わせることができる。
【００５３】
また、第２３の手段によれば、絶縁層として、ゲ−ト電極上に成膜した絶縁膜を用いれば、電子放出源と表示部間に挟まれるスペーサが不要になる。なお、この絶縁層は真空層であっても良い。
【００５４】
第２４〜第２９の手段によれば、成膜工程により導電体上に柱状結晶からなる結晶集合体を設けるのみで、先端部が尖鋭化された微細なエミッタ電極を高密度に形成することができる。そして、第２７〜第２９の手段に示す条件の下でＣＶＤを行うことで、このようなエミッタ電極を容易に実現できる。
【００５５】
第２０〜第３３の手段によれば、平面ディスプレイ装置の製造方法において、成膜工程により導電体上に柱状結晶からなる結晶集合体を設けるのみで、先端部が尖鋭化された微細なエミッタ電極を高密度に形成することができる。そして、この後、第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜を積層して電子放出源を製造することができる。また、この第２の絶縁膜を表示部との間のスペーサとして用いることができる。
【００５６】
なお、この平面ディスプレイ装置のエミッタ電極（柱状結晶集合体）は、第３１〜第３３の手段に示すように、前記電界電子放出素子の製造方法と同様の方法により作成することができる。
【００５７】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図１〜図３９に基づいて説明する。
【００５８】
まず、この発明の第１の実施例を図１〜図１４を参照して説明する。
【００５９】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電界電子放出素子２１の斜視図である。
【００６０】
図中２２で示すのは基板であり、この基板２２上には薄膜状のベ−ス電極２３（導電体）が成膜されている。このベ−ス電極２３の表面には、絶縁膜２４および導電膜２５が順に積層されている。
【００６１】
また、絶縁膜２４及び導電膜２５には、上方に開放し底部は上記ベ−ス電極２３に達する円形のスル−ホ−ル（貫通孔）２６が形成されている。上記導電膜２５の縁部２５ａは上記絶縁膜２４よりもスル−ホ−ル２６の中心方向へ張出し、ゲ−ト電極を構成している。
【００６２】
一方、上記スル−ホ−ル２６の底部に露出した上記ベ−ス電極２３の表面には、導電性の柱状結晶集合体２７が成膜されている。この柱状結晶集合体２７は、エミッタ電極として機能する多数の柱状結晶２８からなるもので、上記ベ−ス電極２３上に成膜されている。
【００６３】
また、この柱状結晶集合体２７は、上記第２の導電膜２５に達しない高さ（厚さ）で垂直に形成されており、各柱状結晶２８の上端２８ａ（先端）は針状に尖っている。
【００６４】
なお、図６（ａ）に示すのは、この柱状結晶集合体２７のＳＥＭ写真である。この写真に示すように、この柱状結晶集合体２７は、全体が柱状結晶２８からなるものではないが、少なくとも上端部については微細な柱状結晶２８の集合体となっている。
【００６５】
このような形状を有する柱状結晶集合体２７は、後述するように、例えば一定の条件の下でＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ）により成膜でき、各柱状結晶２８は、例えばβ−Ｗ（β態のタングステン）を含む。
【００６６】
なお、この柱状結晶集合体２７は、要は上記第２の導電膜２５（ゲ−ト電極）に接触しないことが必要であり、接触しない構成であれば、上記第２の導電膜２５よりも高く形成されていても良い。
【００６７】
次に、この電界電子放出素子２１の動作について説明する。
【００６８】
上記柱状結晶集合体２７（エミッタ電極）と上記ベ−ス電極２３は電気的に導通している。
【００６９】
したがって、例えば上記ベ−ス電極２３に負の電圧を与え、上記導電膜２５に正の電圧を与えることによって上記柱状結晶集合体２７と上記導電膜２５の縁部２５ａとの間に電位差を生じさせると、両者間のギャップを介して上記導電膜２５の縁部２５ａから上記柱状結晶集合体２７に対して電界が印加される。
【００７０】
印加された電界は各柱状結晶２８の針状の上端２８ａに集中し、図３に示すように各柱状結晶２８の上端２８ａから電子（−ｅ）が放出される。つまり、前述したように、柱状結晶２８（柱状結晶集合体２７）がエミッタ電極として、導電膜２５がこのエミッタ電極から電子を引き出すゲ−ト電極として機能する。なお、上述したように多数の各柱状結晶２８からそれぞれ電子が放出されるので、この電子放出素子は、面状電子ビ−ム放出源として機能することとなる。
【００７１】
次に、この電子放出素子２１の製造方法を図５を参照して説明する。
【００７２】
まず、図５（ａ）に示すように、基板２２の上にベ−ス電極２３、絶縁膜２４、導電膜２５及び絶縁膜２９を順に積層する。基板２２は、例えばＳｉ（シリコンウエハ）やガラス等であり、上記絶縁膜２４は例えばＳｉＯ２  である。さらに、上記ベ−ス電極２３および導電膜２５は導電性をもつ金属であり、例えばＣｕやＡｌのような一般的な種々の金属を採用できる。また、上記最上層の導電膜２９は、後述するＣＶＤの際にマスクとして機能するものであり、例えばＳｉＯ２  等を採用できる。
【００７３】
次に、同図（ｂ）に示すように、最上層の絶縁膜２９上にレジスト３０を塗布し、パタ−ンニングを行う。このレジスト３０のパタ−ン３０ａは、前述のスル−ホ−ル２６に対応した円孔を有している。
【００７４】
こののち、異方性エッチングとして例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行い、同図（ｃ）に示すように絶縁膜２９、導電膜２５および絶縁膜２４をレジスト３０の形状に合わせてエッチングする。このことで、前記スル−ホ−ル２６が形成される。スル−ホ−ル２６はベ−ス電極２３に達し、このスル−ホ−ル２６の底部にベ−ス電極２３が露出する。
【００７５】
次に、上記ベ−ス電極２３の表面に柱状結晶集合体２７を成膜する。
【００７６】
この成膜は、例えばＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ）法を用いて行う。すなわち、減圧チャンバ内に上記基板２２を保持し、チャンバ内の環境温度を１２０℃〜５００℃、好ましくは３２０℃に設定する。
【００７７】
ついで、このチャンバ内にＷＦ６  （ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ｈｅｘａｆｌｕｏｒｉｄｅ  ）とＳｉＨ４  （ｓｉｌａｎｅ）の２種類の反応ガスを導入し反応させる。この２種類の反応ガスの流量比は好ましくは１：１に設定される。
【００７８】
このことで、上記ス−ルホ−ル２６内に位置するベ−ス電極２３の表面にはタングステン（Ｗ）が成膜されていく。なお、上述した環境の下で生成されるタングステンの各結晶は、β−Ｗ（β態のタングステン）を含むと推測され、上記ベ−ス電極２３の表面から略垂直な柱状（柱状結晶）に成長していくことが実験により確かめられている。そして、各柱状結晶２８の上端２８ａは針状に尖る。
【００７９】
図７〜図１４は、上記反応ガスの流量比（モル比）および環境条件と、上記柱状結晶集合体２８の形状の関係を示すＳＥＭ写真である。
【００８０】
まず、図７（ａ）〜図９（ｅ）に、反応ガスの流量比と柱状結晶集合体２７の形状の関係を示す。この実験は環境温度３２０℃の下で行った。
【００８１】
上記２種類の反応ガスの流量比（ＳｉＨ４  ／ＷＦ６  ）を０．６〜２．０に変化させてみると、０．９（図８（ｃ））以上で柱状結晶集合体が生成し初め、１．０（図８（ｄ））で好ましい形状を得ることができることが分かる。また、２．０（図９（ｅ））まで上昇させると、上端の尖鋭性が失われ始めている。したがって、上記反応ガスの好ましい流量比は、上記環境の下で、ＳｉＨ４  ／ＷＦ６  ＝０．９〜２．０であり、さらに好ましくはＳｉＨ４  ／ＷＦ６  ＝１．０となる。
【００８２】
次に、図１０、図１１に環境温度と柱状結晶集合体の形状の関係を示す。この実験は反応ガスの流量比ＳｉＨ４  ／ＷＦ６  ＝１．０の下で行った。
【００８３】
柱状結晶集合体２７はＴ＝２４０℃（図１０（ａ））及びＴ＝４００℃（図１１（ｃ））でも生成されているが、好ましくはＴ＝３２０℃（図１０（ｂ））であることが分かる。
【００８４】
さらに、ＣＶＤにおいては、チャンバ内に圧力調節用の水素ガス（Ｈ２  ）を導入して行うが、この水素ガスの流量も上記柱状結晶集合体の形状に大きな影響を及ぼす。図１２〜図１４にその結果を示す。
【００８５】
この実験は、環境温度３２０℃、反応ガスの流量比ＳｉＨ４  ／ＷＦ６  ＝１．０（この実験では１０ｓｃｃｍ）の下で、この反応ガスに対する水素ガスの流量日を０〜５０（０〜１０００ｓｃｃｍ）に変化させて実験したものである。
【００８６】
図１３（ｃ）より、２５（２５０ｓｃｃｍ）以上（ＳｉＨ４  ：ＷＦ６  ：Ｈ２  ＝１：１：２５以上）の場合で最も好ましい形状を得られることが分かる。
【００８７】
また、この柱状結晶集合体２７の高さは、上記ＣＶＤの時間を設定することで上記導電膜２５に接しない高さに設定される。すなわち、このことで、この柱状結晶集合体２７で構成されるエミッタ電極と上記導電膜２５によって構成されるゲ−ト電極との間に、電界を印加するための（電子を引き出すための）所定のギャップが確保される。
【００８８】
なお、上記マスクとしての絶縁膜２９に覆われた部分には自由電子が存在しないので、ＣＶＤを行った場合、この部分には上記柱状結晶集合体２７は成長しない。したがって、図５（ｄ）に示すように、上記ベ−ス電極２３の表面のみに、上記柱状結晶集合体２７を選択的に形成することができる。
【００８９】
なお、上記反応チャンバ内の圧力調整用に用いるガスとしては他にアルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）等の不活性ガスがあるが、水素ガスを導入した場合が、上記柱状結晶集合体２７の形成の選択性が最も高くなるということが実験により確かめられている。
【００９０】
すなわち、アルゴンガスを用いた場合でも、上記柱状結晶集合体２７を作成することはできるのであるが、選択性が低くなるため、上記ベ−ス電極２３の表面以外の箇所すなわち上記絶縁膜２９上にも上記柱状結晶集合体２７が成膜されてしまうおそれがある。
【００９１】
したがって、この実施例においては圧力調整用のガスとして水素ガスを用いることがより好ましい。
【００９２】
なお、上記柱状結晶２８の上端部の尖鋭度や、単位面積当りの柱状結晶の数については、成膜条件の設定次第で変化させることが可能である。
【００９３】
このようにして上記柱状結晶集合体２７が形成されたならば、次に、ＨＦを用いたウェットエッチング（等方性エッチング）を行う。このことで、図５（ｅ）に示すように、上記マスクとして用いた絶縁膜２９および上記スル−ホ−ル２６内に露出する絶縁膜２４が選択的にエッチングされる。すなわち、上記絶縁膜２９が面内方向に削られると共に、下層の絶縁膜２４の一部が面内方向にさらにエッチング除去されて上記導電膜２５の縁部２５ａがスル−ホ−ル２６内に突出する。このことで、図１、図２に示した電界電子放出素子２１が得られる。
【００９４】
以上述べた電界電子放出素子２１によれば、以下に説明する効果を得ることができる。
【００９５】
第１に、微細かつ尖鋭化された多数のエミッタ電極を容易に製造することができ、電子放出素子２１の電子放出効率を向上させることができる効果がある。
【００９６】
すなわち、従来の電界電子放出素子（図４０、図４１）では、成膜後、エッチングによってエミッタ電極（１、３）の尖鋭化を図る必要があるので、エミッタ電極を形成するには複雑なプロセスを経なければならなかった。また、その尖鋭度はパタ−ンニング時のステッパ等の解像度によって決定される。このため、エミッタ電極の尖鋭化には一定の限界があった。
【００９７】
また、従来のスピント型の電界電子放出素子（図４０）では、エミッタ電極１が角錐あるは円錐であったために、その底面の大きさによりエミッタ電極の高密度化が妨げられていた。
【００９８】
これに対して、この発明は、成膜技術（ＣＶＤ）により、先端２８ａが十分に尖鋭化された微細な柱状結晶２８の集合体２７が形成できることに着目し、各柱状結晶２８をエミッタ電極として利用するようにしたものである。したがって、成膜技術だけで、十分に尖鋭化されたエミッタ電極を、しかも高密度に形成することができる。
【００９９】
また、電子放出単位（各エミッタ電極）は微細な柱状結晶２８であるから、電子放出密度の高密度化も容易である。
【０１００】
したがって、微細かつ尖鋭化された高密度なエミッタ電極を容易に製造することができる。このことで、電子放出効率を向上させることが可能であり、より低い電圧で高いエミッション電流を得ることができる効果がある。
【０１０１】
なお、上述したようにパタ−ンニングの解像度が要求されないので、半導体製造プロセスに用いられる高解像度の装置でなくとも、既存のＬＣＤ（液晶ディスプレイ装置）の製造プロセスに用いられる比較的低解像度の装置を使用することで上述した電界電子放出素子を製造することが可能である。よって、安価な製造設備で尖鋭かつ高密度に配設されたエミッタ電極を備えた電界電子放出素子を容易に製造することができる。
【０１０２】
第２に、従来技術と比べ均質な電子放出特性を有する電子放出素子を得ることができる効果がある。
【０１０３】
すなわち、従来の電子放出素子では、上記エミッタ電極の尖鋭化のために複雑なプロセスが必要であったので、再現性が乏しく、多数の均質なエミッタ電極を得ることが困難であった。このため、電子放出素子毎に電子放出特性のばらつきが生じる恐れがあった。
【０１０４】
しかし、この発明の電界電子放出素子２１のエミッタ電極は多数の微細な柱状結晶２８の集合体であるので、個々の柱状結晶２８の形状精度は電子放出特性にさほど影響を与えない。このため、より均質な電子放出特性を有する電界電子放出素子２１を得ることができる。
【０１０５】
第３に、この電界電子放出素子２１では、上記一つのゲ−ト電極（導電膜２５）で、高密度に設けられた多数の微細なエミッタ電極（柱状結晶２８）から電子を引き出すことができ、前述したように面状電子ビ−ム放出源として機能する。
【０１０６】
したがって、図４０や図４１に示すようなエミッタ電極１、３が一つである点状電子放出源である従来の電界電子放出素子と比較して、単純に電界放出効率及び電流密度が高い。また、面状電子ビ−ム放出源であるから、その用途も広いという効果がある。
【０１０７】
第４に、柱状結晶２８は、ＣＶＤにより、自由電子が存在する物質（本実施例ではベ−ス電極２３）の上に選択的に形成することができるので、柱状結晶集合体２７を任意の領域のみに形成することが可能である。このため、エミッタ電極の配置の自由度が高く、特に、一枚の基板２２上に多数の電界電子放出素子２１を配置する場合等にその製造が容易になる。（第３の実施例以下参照）
なお、この第１の実施例においては、柱状結晶２８をベ−ス電極２３の表面に堆積させるためにＣＶＤを行うようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＶＤに代えて例えばスパッタリングを採用してもよい。
【０１０８】
また、柱状結晶２８としてβ−Ｗを含む材質を採用しているが、柱状な結晶が得られれば材質は限定しない。例えば、柱状結晶２８の材質としてＡｌを採用することも可能である。この場合も柱状結晶２８を堆積させるためにＣＶＤやスパッタリングを採用できる。
【０１０９】
さらに、柱状結晶集合体２７の成膜条件を種々に変更することで、上記柱状結晶２８の密度（緻密度）等を変更することが可能である。例えば、この実施例では反応性ガスの流量比を１：１に設定しているが、所望の柱状結晶２８を得られれば、反応性ガスの流量比を任意に設定してよい。また、チャンバ内の環境温度も変更可能である。
【０１１０】
また、この実施例では、上記スル−ホ−ル２６（貫通孔）は円形であるが、これに限定されるものではない。四角形や長円形、長方形状であっても良い。所定の長さを有する細幅の溝形状（スリット状）であっても良い。
【０１１１】
次に、この発明の第２の実施例について説明する。なお、上記第１の実施例と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【０１１２】
この第２の実施例の電界電子放出素子３１は、図４に示すようなものであり、上記柱状結晶集合体２７は、上記基板２２´上に直接成膜されている。
【０１１３】
基板２２´は、金属やＳｉ等の導電体であり、自由電子が存在するので、上記第１の実施例と同様にＣＶＤを用いて上記スル−ホ−ル２６内のみに上記β−Ｗを含む柱状結晶集合体２７を成膜することができる。
【０１１４】
すなわち、前記第１の実施例では、導電体としてベ−ス電極２３を用いていたが、この実施例は、上記基板２２´を導電体として用いるものである。
【０１１５】
このような構成であっても、上記基板２２´と上記導電膜２５（ゲ−ト電極）との間に電位差を与えることで、上記柱状結晶集合体２７の各柱状結晶２８の上端部から電子を放出することができ、上記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
次に、この発明の第３実施例である電界電子放出素子３２を図１５及び図１６に基づいて説明する。なお、第１実施例と同様の部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【０１１７】
図１６に示すように本実施例の電界電子放出素子においては、基板２２上にベ−ス電極２３（導電体）、柱状結晶集合体２７（エミッタ電極）、絶縁膜２４、及び、導電膜２５（ゲ−ト電極）が順に積層されている。
【０１１８】
柱状結晶集合体２７は、上記基板２２上に被着されたベ−ス電極２３の表面の略全体に成膜されている。また、絶縁膜２４は、上記第１の実施例と異なり、柱状結晶集合体２７上に形成されている。さらに、導電膜２５と絶縁膜２４とには、スル−ホ−ル２６（貫通孔）が形成されており、このスル−ホ−ル２６を通して柱状結晶集合体２７が露出している。
【０１１９】
この実施例においても、上記絶縁膜２５がゲ−ト電極として、上記柱状結晶集合体２７の各柱状結晶２８がエミッタ電極として機能する。すなわち、上記導電膜２５に負の電圧を与え、上記ベ−ス電極２３に正の電圧を与えると、上記導電膜２５の縁部２５ａから、上記スル−ホ−ル２６内に位置する各柱状結晶２８の上端２８ａに電圧が印加される。このことで、各柱状結晶２８の上端２８ａから電子が放出される。
【０１２０】
次に、この第３の実施例の電界電子放出素子３２の製造方法を図１６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【０１２１】
まず、図１６（ａ）に示すように、基板２２の表面にベ−ス電極２３と柱状結晶集合体２７とを積層する。
【０１２２】
上記柱状結晶集合体２７の成膜は、第１の実施例と同様にＣＶＤによって行う。ただし、この実施例では、上記ベ−ス電極２３上に絶縁膜がつけられていないので、上記柱状結晶集合体２７は、この自由電子の存在するベ−ス電極２３の全体に亘って形成されることとなる。
【０１２３】
こののち、同図（ｂ）に示すように、柱状結晶集合体２７の上に絶縁膜２４及び導電膜２５を積層する。ついで、同図（ｃ）に示すように導電膜２５の上にレジスト３０を塗布しパタ−ンニングを行う。最後に、導電膜２５と絶縁膜２４とをＲＩＥ及びウエットエッチングによってエッチング除去する。このことで、スル−ホ−ル２６が形成され、ゲ−ト電極（導電膜２５）の縁部２５ａが形成され、同図（ｄ）に示すように電界電子放出素子３２が得られる。
【０１２４】
なお、図１６（ｄ）に示すのは、上記電界電子放出素子３２をアレイ状に集積してなる電界放出源３３であり、上記ベ−ス電極２３と上記導電膜２５とに電位差を与えると、上記導電膜２５に形成された複数の各スル−ホ−ル２６から電子が放出されることとなる。
【０１２５】
このような電界電子放出素子３２および電子放出源３３においても、第１の実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【０１２６】
次に、第４の実施例について図１７を参照して説明する。なお、上記第１の実施例と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略する。
【０１２７】
この実施例の電界電子放出素子３４では、上記基板２２の、上記スル−ホ−ル２６の中央部に対応する部位に、その周縁部より高く形成された突起部３５が形成されている。このため、上記第１の実施例と同様の工程により電界電子放出素子を作成すると、図１７に示すように、スル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状結晶２８が周辺の柱状結晶２８よりも上方に突出した形状となる。
【０１２８】
すなわち、上述の第１〜第３実施例においては、すべての柱状結晶２８の先端２８ａが導電膜２５（ゲ−ト電極）よりも低く位置しているが、この第４の実施例では、スル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａを導電膜２５（ゲ−ト電極）よりも高く位置させている。
【０１２９】
このことにより、中央部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａを上記導電膜２５（ゲ−ト電極）の縁部２５ａに近付けることができる。したがって、中央部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａに対しても電界を有効に印加することができ、電界の集中度合が均一化し、全体として電子放出効率が高まる。このため、大きなエミッション電流を得ることができる効果がある。
【０１３０】
次に、第５の実施例について図１８を参照して説明する。
【０１３１】
上記第４の実施例の電界電子放出素子３４は、第１の実施例を変形したものであったが、この第５の実施例の電界電子放出素子３７は、上記第３の実施例（図１５に示す）を変形したものである。
【０１３２】
すなわち、上記第４の実施例と同様に突起部３５が設けられてなる基板２２を用い、この基板２２を用いて第３の実施例と同様の工程により電界電子放出素子を作成する。このことで、図１８に示す形状の電界電子放出素子３７を得ることができる。
【０１３３】
この電界電子放出素子３７は、上記第４の実施例（図１７）と異なり、上記ベ−ス電極２３の略全面に亘って柱状結晶集合体２７が成膜され、この柱状結晶集合体２７の上に絶縁膜２４及び導電膜２５が積層されている。そして、上記絶縁膜２４及び導電膜２５に跨がるスル−ホ−ル２６が形成されゲ−ト電極２５が突設されている。そして、突起部３５の上面（スル−ホ−ル２６の中央部）に形成された柱状結晶２８は周囲の柱状結晶２８よりも高く位置しており、上端２８ａをスル−ホ−ル２６から上方に突出させている。
【０１３４】
このような構成によっても、上記第４の実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１３５】
なお、第４及び第５実施例において、上記基板２２に設けられていた突起部３５の形状としては、例えば円柱形や直方体のように種々の形状を採用することができる。
【０１３６】
さらに、突起部３５の作製方法としては、例えばエッチングを用いて基板２２を削ったり、スパッタリングや蒸着を用いて基板２２に凸部を設けるなど、一般的な種々の方法を採用できる。
【０１３７】
次に、第６の実施例について図１９を参照して説明する。
【０１３８】
この第６の実施例の電界電子放出素子３８は、上記第４の実施例や第５の実施例のように基板２２に突起部３５を設けるのではなく、柱状結晶集合体２７全体を高く形成して、すべての柱状結晶集合体２７の上端２８ａを全体的に上記スル−ホ−ル２６から上方に突出させたものである。
【０１３９】
つまり、この実施例においては、第１の実施例の電界電子放出素子２１の製造方法において、上記柱状結晶２８を成長させるためのＣＶＤの時間を長くとり、各柱状結晶２８を高く成長させたものである。
【０１４０】
このような構成においても、上記第４、第５の実施例と略同様の効果を得ることができる。
【０１４１】
次に、この発明の第７の実施例を図２０に基づいて説明する。
【０１４２】
この実施例の電界電子放出素子３９においては、基板２２に略四角錐形の突起部４０が形成されている。この突起部４０は、絶縁膜２４と導電膜２５とに跨がるスル−ホ−ル２６の底部の略中央に位置している。
【０１４３】
この略四角錐形の突起部４０の製造方法を図２２に基づいて説明する。
【０１４４】
まず、図２２（ａ）に示すように、上記Ｓｉ基板上にパタ−ンニングされた絶縁膜（ＳｉＯ２  ）４１を形成する。ついで、この絶縁膜４１をマスクとして等方性エッチング（例えばウエットエッチング）を行うと、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように突起部４０が作成される。この際、上記絶縁膜３１の形状が四角形であると上記突起部の形状は図２３に示すように略四角錐となる。
【０１４５】
このような基板２２を用いて第１の実施例の製造方法を施すと、図２０に示す電界電子放出素子３９を得ることができる。すなわち、上記柱状結晶２８の上端２８ａの高さは突起部４０の周囲からスル−ホ−ル２６の中央へ向かって徐々高くなるように変化し、スル−ホ−ル２６の中央に位置する柱状結晶２８の上端２８ａが最も高く位置している。
【０１４６】
このような構成によれば、図に示すように上記導電膜２５（ゲ−ト電極）の縁部２５ａと各柱状結晶２８の上端２８ａとの距離を略等しくすることができる。このため、各柱状結晶２８の上端２８ａに電界が集中しやすくなる。また、この柱状結晶集合体２７を全体として見た場合、中央部が上方に向かって尖っているので、特に最も高く位置する柱状結晶２８の上端２８ａに電界が集中しやすくなる。
【０１４７】
このことで、この電界電子放出素子の電子放出効率が全体として向上する効果がある。
【０１４８】
なお、柱状結晶２８の上端２８ａに高低差を設けることによって、突起部４０の周縁部へいくほど電子放出が生じにくくなることが考えられるが、少なくとも中央の柱状結晶２８に上記各実施例よりも低い印加電圧で電界放出を行わせることが可能である。
【０１４９】
次に、この発明の第８の実施例について図２１を参照して説明する。
【０１５０】
上記第７の実施例では、上記柱状結晶集合体２７の最上端２８ａが導電膜２５と略同じ高さあるいはそれよりも低く位置しているが、この第８の実施例の電界電子放出素子４２では、スル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａが上記導電膜２５よりも高く上方へ突出している。
【０１５１】
このような柱状結晶集合体２７は、上記第７の実施例において、ＣＶＤを施す時間を長く設定することで形成することができる。
【０１５２】
このような構成によれば、上記第７の実施例と略同様の効果を得ることができる他、中央部に位置する柱状結晶２８の上端部に対しては、さらに電界の集中度合を高めることができる効果がある。
【０１５３】
なお、上記第７、第８の実施例では、上記突起部４０を有する基板２２に対して上記第１の実施例の製造方法を適用して電界電子放出素子３９、４２を得たが、第３の実施例の製造方法を適用して電界電子放出素子を得ても良い。
【０１５４】
この場合、上記基板２２の平坦面に形成された上記柱状結晶集合体２７の上に上記絶縁膜２４および導電膜２５（ゲ−ト電極）が作成されることとなる（図１８参照）。
【０１５５】
なお、以上述べた第１〜第８の実施例では、電界電子放出素子自体の構成について説明したが、この電界電子放出素子の用途は自由である。例えば、面発光型の平面ディスプレイ装置、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、電子ビ−ム直描装置、或いは、レチクル作製用の露光装置等の電子放出源として利用することが考えられる。
【０１５６】
次に述べる第９、第１０の実施例では、上記電界電子放出素子を平面ディスプレイ装置に適用した例を説明する。
【０１５７】
まず、第９の実施例の平面ディスプレイ装置を図２４〜図２６に基づいて説明する。
【０１５８】
この平面ディスプレイ装置は、図２５および図２６に示すようなものであり、第１の実施例の電子放出素子２１を集積してなる電子放出源４５と、この電子放出源４５から放出された電子を受けて発光表示を行う表示部４６とからなる。
【０１５９】
この電子放出源４５は、次のようにして作成される。
【０１６０】
まず、上記基板２２上にベ−ス電極２３、絶縁膜２４、導電膜２５を積層する。ついで、エッチング等の手段を用いて最上層の導電膜２５を図２２に示すように多数の帯板状の導電膜２５ｂに分割する。このことで、アドレスラインが形成される。
【０１６１】
次に、上記絶縁膜２４および導電膜２５ｂの所定の部位をエッチングし、上記スルーホ−ル２６を形成する。このスル−ホ−ル２６は、各帯板状の導電膜２５ｂに沿って所定間隔で形成され、上記ベ−ス電極２３上にマトリックス状に多数個形成される。
【０１６２】
ついで、基板２２を減圧チャンバ内に保持し、上記第１の実施例と同様にＣＶＤを施す。このことで、上記スル−ホ−ル２６内に露出した上記ベ−ス電極２３の表面のみに上記柱状結晶集合体２７（エミッタ電極）が成膜される。なお、図６（ｂ）に示すのは、このようにして形成された多数の柱状結晶集合体２７のＳＥＭ写真である。
【０１６３】
最後に、上記スル−ホ−ル２６内に露出する導電膜２６を選択的にエッチング除去（ＨＦによるウエットエッチング）し、上記導電膜２５の縁部２５ａを上記スル−ホ−ル２６内に突出させる。このことで、ゲ−ト電極が作成される。
【０１６４】
以上の工程により、多数の電界電子放出素子２１をマトリックス状に集積してなる電子放出源４５を得ることができる。（図２４図参照）
一方、上記表示部４６は、透明基板（石英ガラス等）４７と、この透明基板４７の上記電子放出源４５側の表面に被着され、上記導電膜２５ｂと直交する多数の帯状に分割された透明導電膜４８（アノ−ド電極）と、この透明導電膜４８の表面側に被着された多色発光蛍光体４９とからなる。
【０１６５】
ここでは、上記透明導電膜４８として、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜を用いている。このＩＴＯ膜は、酸化錫をド−プした酸化インジウム膜であり、導電性と透光製を有する膜である。
【０１６６】
また、上記多色発光蛍光体４９は、低加速電子線用の蛍光体であり、例えばＺｎＯ：Ｚｎが利用される。
【０１６７】
なお、上記帯状の透明導電膜４８は、上記電子放出源４５に形成されたアドレスライン（導電膜２５ｂ）に対してデ−タラインを構成する。
【０１６８】
最後に、この表示部４６と上記電子放出源４５は、図示しない縁部で互いに接合される。この接合は、例えば真空雰囲気中で静電接合を利用して行われ、上記表示部４６と電子放出源４５とによって挟まれた空間は真空に保たれる。
【０１６９】
このように構成された平面ディスプレイ装置では、上記各電界電子放出素子２１が、この平面ディスプレイ装置の１画素を構成する。そして、上記電子放出源４５の導電膜２５ｂからなるアドレスラインと上記表示部４６の透明導電膜４８からなるデ−タラインとに、それぞれ駆動ドライバ５０、５１を接続すれば、例えば、単純マトリックス方式の液晶ディスプレイ装置と同様の方法で駆動することができる。
【０１７０】
すなわち、上記ベ−ス電極２３に対しては電圧を加えず、ｇｒａｎｄ（０Ｖ）としておき、所定のアドレスライン（導電膜２５ｂ）に高い電圧を印加すれば、その電圧差によって、そのアドレスライン上に位置する任意の上記電界電子放出素子２１から電子が放出されることになる。
【０１７１】
一方、放出された電子は、選択的電圧が印加されたデ−タライン（透明導電膜４８）に引き寄せられ収束する。このことによって、所望位置の蛍光体４９を発光させることができ、表示部４６に必要な表示を行わせることができる。
【０１７２】
このような構成によれば、以下に説明する効果を得ることができる。
【０１７３】
第１に、低い作動電力であっても良好に作動する平面ディスプレイ装置を得ることができる。
【０１７４】
すなわち、この発明の電界電子放出素子２１は、電子放出効率の非常に高い面状電子ビ−ム放出源である。このため、この電界電子放出素子２１を高密度に集積して平面ディスプレイ装置の電子放出源４５を構成すれば、低い作動電力であっても良好に作動する平面ディスプレイ装置を得ることができる。
【０１７５】
また、この発明では、前述したように、柱状結晶集合体２８の結晶の形を利用することで尖鋭化の図られたエミッタ電極を得ているので、その形成が容易であり、欠陥も少ない。このため、平面ディスプレイ装置の製造の歩留まりを向上させることも可能である。
【０１７６】
第２に、平面ディスプレイ装置の各画素を非常に緻密に配置することができる効果がある。
【０１７７】
すなわち、この平面ディスプレイ装置では、各画素を構成する電界電子放出素子２１どうしを接近させても、各電界電子放出素子２１間の距離がエミッタ電極（柱状結晶集合体２７の上端部）とゲ−ト電極（導電膜２５ｂ）間の距離よりも少しでも大きければ影響はない。
【０１７８】
このため、電界電子放出素子２１どうしの間隔を非常に小さくして画素を緻密に配置し、上記電子放出源４５側に狭い間隔でアドレスラインを形成するようにしてもクロスト−ク等の問題は生じない。
【０１７９】
第３に、このような構成によれば、上記表示部４６側にデ−タラインを設けることによって、発散する電子ビ−ムを収束させることができ、発光箇所を正確に制御することができる効果がある。
【０１８０】
なお、この実施例では、上記アドレスライン（導電膜２５ｂ）に沿って多数の円形のスル−ホ−ル２６を形成していたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、上記多数のスル−ホ−ルをアドレスラインに沿ってすべて連結したような溝状（スリット状）のものに形成し、このようなスル−ホ−ルを通して上記柱状結晶集合体２７を形成するようにしても良い。このような場合、上記柱状結晶集合体２７は、上記スル−ホ−ルの形状にそって直線状に形成されることとなる。
【０１８１】
また、この実施例では、１つの電界電子放出素子２１で１画素が構成されていたが、これに限定されるものではなく、複数の電界電子放出素子２１で構成されていても良い。例えば、図３５（ｂ）に示すように８個の電界電子放出素子２１で１画素が構成されていても良い。
【０１８２】
次に、第１０の実施例の平面ディスプレイ装置について図２７を参照して説明する。なお、上記第９の実施例と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【０１８３】
この第１０の実施例の平面ディスプレイ装置は、上記第９の実施例と異なり、上記電子放出源４５´側に、アドレスラインとデ−タラインの双方を形成するようにしたものである。
【０１８４】
すなわち、上記ベ−ス電極２３を上記帯状の導電膜２５ｂと直交する帯状のベ−ス電極２３ａに分割し、これをアドレスラインとして用い、上記帯状の導電膜２５ｂをデ−タラインとして用いるものである。
【０１８５】
なお、上記基板２２上に分割されたベ−ス電極２３ａを形成した後、上記第９の実施例で説明した製造方法と同様の製造方法を適用することで、図２３に示す形状の電子放出源４５´を得ることができる。
【０１８６】
一方、上記表示部４６´に設けられた透明導電膜４８は、上記第９の実施例と異なり分割されておらず、上記透明基板４７の表面の全面に亘って被着されている。そして、この透明導電膜４８の表面には上記多色発光蛍光体４９が成膜されている。
【０１８７】
このような平面ディスプレイによれば、ＴＦＴを利用したアクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイ装置と同様の駆動方法により表示動作を行うことができる。
【０１８８】
すなわち、各ライン（２５ｂ、２３ａ）に接続された駆動ドライバ５０、５１を作動させ、任意のアドレスライン（２３ａ）とデ−タライン（２５ｂ）とを選択して電圧を印加することによって各ラインが交わる箇所に設けられた電界電子放出素子２１から電子を放出させる。
【０１８９】
このとき、上記表示部４６´に設けられた上記透明導電膜４８に対して上記導電膜２５ｂに与えた電圧より高い電圧を与えておくと、放出された電子は略１００パ−セント上記透明導電膜４８に引き寄せられ、この透明導電膜４８の表面に被着された蛍光体４９に衝突する。このことで、上記蛍光体４９を発光させることができる。
【０１９０】
このような構成によれば、上記第９の実施例と略同様の効果を得ることができる。なお、この実施例では、１つの電界電子放出素子２１で１画素が構成されていたが、これに限定されるものではなく、複数個の電界電子放出素子２１で構成されたものであっても良い。例えば、図３５（ｂ）に示すように８個の電界電子放出素子２１で１画素が構成されていても良い。
【０１９１】
次に、第１１の実施例の平面ディスプレイ装置について、図２８および図２９を参照して説明する。
【０１９２】
この第１１の実施例の平面ディスプレイ装置は、第３の実施例の電界電子放出素子３２を集積してなる電子放出源５２を有するものである。
【０１９３】
すなわち、上記基板２２の表面に被着されたベ−ス電極２３上には、全面に亘って柱状結晶集合体２７が成膜されている。そして、この柱状結晶集合体２７上には、絶縁膜２４と導電膜２５（２５ｂ）とが積層されている。
【０１９４】
上記導電膜２５は、第９の実施例と同様に帯状の導電膜２５ｂに分割され、アドレスラインを構成している。一方、上記帯状の導電膜２５ｂと、上記絶縁膜２４には、上記柱状結晶集合体２７を露出させるスル−ホ−ル２６が形成されている。
【０１９５】
なお、上記第９の実施例では、上記スル−ホ−ル２６は、上記導電膜２５ｂに沿って１列状に設けられていたが、この実施例のように、複数列あるいは千鳥状に設けられているものであっても良い。
【０１９６】
一方、上記表示部４６は、上記第９の実施例と同じ構成を有する。すなわち、上記透明基板４７には、帯状の透明導電膜４８が形成され、デ−タラインとして機能するようになっている。
【０１９７】
この平面ディスプレイ装置は、上記第９の実施例と同様に、単純マトリックス方式の液晶ディスプレイ装置と同様の方法で駆動することができる。
【０１９８】
次に、この第１１の実施例の平面ディスプレイ装置の製造方法を図２９（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。
【０１９９】
まず、図２９（ａ）に示すように、上記基板２２の表面に薄膜状のベ−ス電極２３を形成し、このベ−ス電極２３上に柱状結晶集合体２７を成膜する。この柱状結晶集合体２７の成膜は、上記第１の実施例と同様にＣＶＤで行う。
【０２００】
ついで、図２９（ｂ）に示すように、柱状結晶集合体２７上に第１の絶縁膜２４（導電膜２４）、導電膜２５および第２の絶縁膜５３を積層し、上記第２の絶縁膜５３の表面にレジスト５４を塗布する。ついで、このレジスト５４をパタ−ンニングし、図２９（ｃ）に示すように、スル−ホ−ル２６を形成するためのパタ−ン孔５４ａを形成する。このパタ−ン孔５４ａは、例えば、円孔をなすように形成する。
【０２０１】
次に、このレジスト５４をマスクとして異方性エッチングを行いスル−ホ−ル２６を形成した後、ＨＦを用いたウエットエッチングにより上記第１、第２の絶縁膜２４、５３を選択的にエッチングする。このことにより、図２９（ｄ）に示すように上記導電膜２５の縁部２５ａをスル−ホ−ル２６に突出させゲ−ト電極を形成する。ついで、上記レジスト５４を洗浄除去することで、電子放出源５２が完成する。
【０２０２】
次に、この電子放出源５２の上面に、表示部４６を固定する。この表示部４６は、上記第９の実施例に説明した方法により上記デ−タラインとしての透明導電膜４８が形成されたものである。
【０２０３】
そして、両者間の固定は、図２９（ｅ）に示すように、真空雰囲気中で上記透明導電膜４８に対応する箇所の蛍光体４９で上記スル−ホ−ル２６を閉塞するようにして行い、上記第２の絶縁膜５３の上面と上記蛍光体４９の下面とを接着する。
【０２０４】
このことで、平面ディスプレイ装置が完成する。
【０２０５】
このような平面ディスプレイ装置によれば、前記第９の実施例と同様の効果を得ることができる。また、この実施例では、柱状結晶集合体２７はベ−ス電極２３の略全面に成膜しておき、電子の放出位置は上記導電膜２５に形成されたスル−ホ−ル２６の位置で制御するようにしている。したがって、電子放出位置の配置の自由度が高く、また、製造方法の自由度も高くなる
例えば、あらかじめ多数の孔（スル−ホ−ル）が設けられた導電膜を用意しておいて、この導電膜を上記柱状結晶集合体２７に被せるという方法でもこの第１１の実施例と同形状の電子放出源５２を得ることができる。
【０２０６】
また、この実施例の平面ディスプレイの製造方法によれば、図２９（ｅ）に示すように、ゲ−ト電極として作用する導電膜２５上に成膜された第２の絶縁膜５３を、透明導電膜４８と導電膜２５ｂ（ゲ−ト電極２５）間のスペーサとして用いることができる。したがって、ビ−ズ等の他のスペーサが不要になり、この平面ディスプレイ装置の製造が非常に容易になる効果がある。
【０２０７】
次に、第１２の実施例について図３０〜図３５を参照して説明する。なお、上記第１の実施例の電界電子放出素子と同様の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【０２０８】
この実施例の電界電子放出素子５５は、図３０および図３１に示すようなものであり、基板２２上にベ−ス電極２３が成膜され、このベ−ス電極２３上にはエミッタ電極として機能する柱状結晶集合体２７が形成されている。この柱状結晶集合体２７は、第１の実施例あるいはい第２の実施例と同様の方法（パタ−ンニング、露光、ＣＶＤ）で、所定の範囲に亘って形成されている。
【０２０９】
そして、この針状結晶集合体２７の上面中央部には絶縁膜２４´が形成され、この絶縁膜２４´上にはゲ−ト電極として機能する導電膜２５´が積層されている。この導電膜２５´は上記絶縁膜２４´よりも外側に突出する縁部５６を有する。
【０２１０】
この実施例においては、図３１に示すように、上記柱状結晶集合体２７は円形の範囲に亘って形成されており、上記導電膜２５´はこの柱状結晶集合体２７の範囲よりも小さい面積を有する円形に形成されている。したがって、上記柱状結晶集合体２７は上記導電膜２５´を囲むようにこの導電膜２５´の径方向外側に広がっている。
【０２１１】
次に、この電界電子放出素子５５の動作について説明する。
【０２１２】
上記ベ−ス電極２３に負の電圧を与え、上記導電膜２５´（ゲ−ト電極）に正の電圧を与えることによって上記柱状結晶集合体２７と上記導電膜２５´との間に電位差を生じさせると、この導電膜２５´の縁部５６から上記柱状結晶集合体２７の上端に対して電圧が印加される。
【０２１３】
印加された電圧は、上記柱状結晶集合体２７を構成する各柱状結晶２８の上端２８ａに集中し、各柱状結晶２８の上端２８ａから電子が放出されることとなる。なお、電子の放出量は、同図に一点鎖線で示すように推移する。すなわち、上記導電膜２５´の縁部５６に最も近接する柱状結晶２８からの電子放出量が一番大きくなり、外側にいくにしたがってその電子放出量は小さくなる。電子放出の効率は、上記ゲ−ト電極（導電膜２５´）の縁部５６からの物理的距離に大きく依存するからである。
【０２１４】
したがって、この実施例のように上記導電膜２５´の縁部５６が円形に形成されている場合には電子は略円環状に放出されることとなる。図３２は、この実施例に電界放出素子５５により放出された電子によってアノ−ド電極５７（第１０の実施例の表示部４６に相当）の蛍光体４９が円環状に発光した状態を示すものである。
【０２１５】
一方、図３３に示すのは、導電膜２５´（ゲ−ト電極）の縁部５６が直線状に形成されてなる電界電子放出素子５５´である。すなわち、この実施例の電界放出素子では、上記縁部５６の形状は特に限定されず、自由な形状にすることができる。
【０２１６】
この図３３に示す電界電子放出素子５５´においては、上記導電膜２５´に溝状のスリットを形成することで、上記縁部５６を形成している。この実施例においても、上記電子の放出効率は、この縁部５６に近い箇所で最大となるから、電子の放出量は図に一点鎖線で示すように推移することとなる。
【０２１７】
したがって、この電界電子放出素子５５´から放出された電子によりアノ−ド電極（図３３には図示を省略）の蛍光体を発光させると図３４に示すように、平行な直線状の発光状態を得ることができる。なお、この図では、３つの電界電子放出素子５５´が並列に設けられてなり、電子放出源５９を構成している。
【０２１８】
このような構成によれば、以下に説明する効果がある。
【０２１９】
上記第１〜第１１の実施例では、導電膜２５にスル−ホ−ル２６を設けることでゲ−ト電極の縁部２５ａを形成していたが、この実施例では、スル−ホ−ル２６を設けることなく単に縁部５６を作成したものである。
【０２２０】
すなわち、上記第１〜第１１の実施例においては、ゲ−ト電極となる導電膜２５に円形のスル−ホ−ル２６を形成することで、このスル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状結晶２８に対しても有効に電界を印加するようにしていたが、この実施例ではそのような効果は得られない。
【０２２１】
しかし、上記スル−ホ−ル２６を設けた場合の欠点として、電界電子放出素子２１の配置自由度がかなり制限されるということがある。すなわち、各スル−ホ−ル２６間を一定の寸法だけ互いに離間させる必要があり、また、露光装置の解像度によってもこのスル−ホ−ル２６の間の距離が一定値以上に制限されることになる。
【０２２２】
一方、この実施例によれば、縁部５６を有していればその形状は特に規制されない。したがって、電界電子放出素子５５、５５´の配置自由度が向上するという効果を得ることができる。
【０２２３】
また、この実施例によれば、前記第１〜第１１の実施例の電界電子放出素子と同様に、従来のスピント型の電界電子放出素子と比較して電子放出の密度を向上させることができる効果がある。この効果を図３５を参照して説明する。
【０２２４】
図３５（ａ）は従来のスピント型の電界放出素子アレイ（集積された電子放出素子）を示すものであり、図３５（ｂ）は第１１の実施例の電界放出素子アレイ、図３５（ｃ）はこの第１２の実施例の電界放出素子アレイを示すものである。
【０２２５】
今、図３５（ａ）に示すように、ゲ−ト電極として機能する導電膜に形成されたスル−ホ−ルの直径をｄとして、５ｄ×５ｄの正方形の範囲を考える。スピント型の電界電子放出素子の場合には、１つのスル−ホ−ルにつき１つのエミッタ電極しか設けられないので（図４０参照）、エミッタ電極１の数は全部８つである。したがって電子放出点の数は８となる。
【０２２６】
次に、第１〜第１１の実施例に示した電界電子放出素子の場合（図３５（ｂ））には、上記スル−ホ−ル２６内に位置する柱状結晶集合体２７の略すべての柱状結晶２８から電子が放出されることとなる。各柱状結晶２８の上端２８ａ（最先端）間の距離をｎとすると、各スル−ホ−ル２６内に位置する柱状結晶の数はπｄ２  ／４ｎである。したがって、電子放出点の数は、（πｄ２  ／４ｎ）×８となる。
【０２２７】
第１２の実施例の場合（図３５（ｃ））には、直線状に設けられた縁部５６に沿う位置に存在する柱状結晶２８から電子が放出される。各縁部５６の近傍に位置する柱状結晶２８の数は、５ｄ／ｎとなる。したがって電子放出点の数は、（５ｄ／ｎ）×６となる。
【０２２８】
いずれにしても、ｄ＞＞ｎであるから、この第１２の実施例の電子放出源５９によれば、従来のスピント型の電界電子放出素子を集積してなる電子放出源（図３５（ａ））に比べてエミッタ電極の数が非常に多くなり、電子放出効率が向上するのが分かる。
【０２２９】
次に、第１３の実施例を図３６に基づいて説明する。
【０２３０】
この実施例の電界電子放出源５９は、第１２の実施例の図３３に示した電界放出素子５５´の導電膜２５´（ゲ−ト電極）に、絶縁層６０〜６２を介して収束電極６４、加速電極６５、偏向電極６６を設けたものである。
【０２３１】
すなわち、上記第１〜第１１の実施例の電界放出素子ではスル−ホ−ル２６は円形を有しており、このスル−ホ−ル２６の中央部に向かって電界を集中させるという効果を得ることができたので、放出される電子の軌道はそれ程広がらないということがある。しかし、第１２の実施例に示した電界放出素子５５´では、電子の軌道を規制する手段が存在しないので、電子の軌道がかなり広がる恐れがある。
【０２３２】
そこで、この実施例では、上記導電膜２５´（ゲ−ト電極）の上面に、この導電膜２５´の縁部５６と同形状の縁部を有する収束電極６４、加速電極６５、偏向電極６６をそれぞれの間に絶縁層６０〜６２を介在させて設けることで、上記柱状結晶集合体２７から放出される電子の軌道を収束、加速および必要に応じて偏向させるようにしたものである。
【０２３３】
なお、この電界放出素子の製造は、上記ベ−ス電極２３上に形成された柱状結晶集合体２７に、上記ゲ−ト電極２５、収束電極６４、加速電極６５および偏向電極６６となり得る絶縁体と導電体とを交互に積層し、これを所定のパタ−ンでエッチングすることで、上記各電極に縁部（５６）を形成する。そして、最後に、前述したＨＦを用いたウエットエッチング等により、上記絶縁層のみを選択的にエッチングして面内方向に後退させることで、図３６に示す電界電子放出素子を得ることができる。
【０２３４】
次に、第１４の実施例を図３７を参照して説明する。なお、前記第１２の実施例と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【０２３５】
この実施例の電界電子放出素子６０は、前記第１の実施例の電界放出素子２１と同様の製造方法によって、前記第１１の実施例の電界電子放出素子５５（図２９）と同様の作用効果を得るものである。
【０２３６】
すなわち、まず、上記基板２２上に形成されたベ−ス電極２３上に絶縁膜２４´および導電膜２５´を形成すると共に、この絶縁膜２４´および導電膜２５´を所定のパタ−ンでエッチングして上記ベ−ス電極２３の表面を露出させる。
【０２３７】
ついで、上記ベ−ス電極２３の表面のみに上記柱状結晶集合体２７を選択的に成膜する。最後に、ＨＦを用いたウエットエッチングによって上記柱状結晶集合体２７の周囲に位置する絶縁膜２４´を面内方向に後退させ、上記導電膜２５´（ゲ−ト電極）の縁部５６を上記柱状結晶集合体２７側に突出させる。
【０２３８】
このことで、同図に示すように、上記第１１の実施例と同様に、上記柱状結晶集合体２７が上記導電膜２５´の縁部５６の外側に広がるという構成を有する電界電子放出素子６０を得ることができる。
【０２３９】
このような構成であれば、上記第１２の実施例と同様の作用効果を得ることができる。また、第１３の実施例と同様に、収束電極６４、加速電極６５および偏向電極６６を設けて、放出された電子の軌道を制御することも可能である。
【０２４０】
次に、第１５の実施例として、図３３に示した第１２の実施例の電界電子放出素子５５´を応用してなる平面ディスプレイ装置を図３８に示す。
【０２４１】
この平面ディスプレイ装置は、図２７に示した第１０の実施例の平面ディスプレイ装置の１画素を、図３３に示す第１２の実施例の電界放出素子５５´で構成したものである。
【０２４２】
この実施例においては、上記電界電子放出素子５５´のゲ−ト電極（導電膜２５´）の縁部５６は、上記アドレスラインを構成する導電膜２５´ｂに溝状のスリットを３列設けることで形成されている。
【０２４３】
また、図３９に示すのは、第１６の実施例の平面ディスプレイ装置である。
【０２４４】
この実施例は、図２８に示した第１２の実施例の平面ディスプレイ装置のアドレスラインを構成する導電膜２５´ｂに、３列の溝状のスリットを設けることで、直線状の縁部５６を設け、図３３に示した第１１の実施例の電界電子放出素子５５´を構成するようにしたものである。
【０２４５】
なお、これら第１４、第１５の実施例の平面ディスプレイ装置においては、前述したように各電界電子放出素子５５´から放出される電子軌道が広がりが大きいと考えられる。このために、前記第１３の実施例で説明したように上記導電膜上面に、収束電極６４、加速電極６５および偏向電極６６を設けて電子の放出軌道を制御するようにしても良い。
【０２４６】
なお、この発明は、上記第１〜第１６の実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
【０２４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の電界電子放出素子は、エミッタ電極として柱状結晶集合体を用いたものである。
【０２４８】
このような構成によれば、製造が容易で電子放出効率の高い電界電子放出素子を提供することができる。したがって、この電界電子放出素子を集積して電子放出源や平面ディスプレイ装置を構成することによって、これらの装置を低い電圧であっても良好に作動させることができる。
【０２４９】
また、この発明の電界電子放出素子およびこの電界電子放出素子を応用した平面ディスプレイ装置の製造方法によれば、上記エミッタ電極の製造を成膜技術のみで行え、しかも同時に先端部の尖鋭化も行える。したがって上述した電子放出効率の高い電界電子放出素子およびこの電界電子放出素子を集積してなる平面ディスプレイ装置を容易に製造することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の電界電子放出素子を一部破断して示す斜視図。
【図２】同じく縦断面図。
【図３】同じく電界電子放出素子の作用を示す説明図。
【図４】第２の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図５】第１の実施例の電界電子放出素子の製造方法を示す工程図。
【図６】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図７】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図８】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図９】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１０】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１１】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１２】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１３】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１４】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１５】第３の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図１６】同じく、電界電子放出素子の製造方法を示す工程図。
【図１７】第４の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図１８】第５の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図１９】第６の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図２０】第７の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図２１】第８の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図２２】第７の実施例の電界電子放出素子の突起部の作製方法を示す説明図。
【図２３】同じく突起部を示す平面図。
【図２４】第９の実施例の平面ディスプレイ装置の要部を示す平面図。
【図２５】同じく、縦断面図。
【図２６】同じく、斜視図。
【図２７】第１０の実施例の平面ディスプレイ装置を示す斜視図。
【図２８】第１１の実施例の平面ディスプレイ装置を示す斜視図。
【図２９】同じく、製造工程を示す工程図。
【図３０】第１２の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図３１】同じく、斜視図。
【図３２】同じく、電子の放出パタ−ンを示す説明図。
【図３３】同じく、電界電子放出素子の別の例を示す斜視図。
【図３４】同じく、電子の放出パタ−ンを示す説明図。
【図３５】同じく、電子の放出密度を説明する説明図。
【図３６】第１３の実施例の電子放出源を示す縦断面図。
【図３７】第１４の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図３８】第１５の実施例の平面ディスプレイ装置を示す斜視図。
【図３９】第１６の実施例の平面ディスプレイ装置を示す斜視図。
【図４０】従来のスピント型の電界電子放出素子を示す断面図。
【図４１】従来の平面型の電界電子放出素子を示す平面図、および縦断面図。
【符号の説明】
２１…電界電子放出素子、２２…基板、２２´…基板（導電体）、２３…ベ−ス電極（導電体）、２４…絶縁膜、２５…導電膜（ゲ−ト電極）、２５ａ…縁部、２６…スル−ホ−ル（貫通孔）、２７…柱状結晶集合体（エミッタ電極）、２８…柱状結晶（エミッタ電極）、４５…電子放出源、４６…表示部、５３…第２の絶縁膜（スペーサ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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