(57)【要約】【課題】装置の機能に与える影響を抑え、比較的簡易な構成で電子／イオンの収束を制御することが可能な電子／イオン源装置及びその製造方法と表示装置を提供する。【解決手段】電子又はイオンを放出する電子／イオン源を有する電子／イオン源装置において、アノード１５とカソード５との間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部３０を設ける構成とする。【選択図】図１
2006253100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子又はイオンを放出する電子／イオン源を有する電子／イオン源装置において、
アノードとカソードとの間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部が設けられて成る
ことを特徴とする電子／イオン源装置。
【請求項２】
上記誘電率変調部に、上記カソード側から上記アノード側に向かって少なくとも第１及び第２の誘電体層が設けられ、
上記第１の誘電体層の誘電率ε１と、上記第２の誘電体層の誘電率ε２が、
ε１＞ε２
とされて成る
ことを特徴とする請求項１記載の電子／イオン源装置。
【請求項３】
上記誘電率調整部に、上記カソード側から上記アノード側に向かって少なくとも第１及び第２の誘電体層が設けられ、
上記第１の誘電体層の誘電率ε１と、上記第２の誘電体層の誘電率ε２が、
ε１＜ε２
とされて成る
ことを特徴とする請求項１記載の電子／イオン源装置。
【請求項４】
上記第１の誘電体層の膜厚ｔ１と、上記第２の誘電体層の膜厚ｔ２との比ｔ１／ｔ２が、
０．０２３≦ｔ１／ｔ２≦１１７
とされて成る
ことを特徴とする請求項２記載の電子／イオン源装置。
【請求項５】
上記第１の誘電体層の膜厚ｔ１と、上記第２の誘電体層の膜厚ｔ２との比ｔ１／ｔ２が、
０．０２３≦ｔ１／ｔ２≦１１７
とされて成る
ことを特徴とする請求項３記載の電子／イオン源装置。
【請求項６】
上記誘電率変調部が、第１、第２及び第３の誘電体層より構成され、
上記第１、第２及び第３の誘電体層の各誘電率をε１、ε２及びε３とすると、
ε１＞ε２
ε２＜ε３
ε１＞ε３
とされて成る
ことを特徴とする請求項１記載の電子／イオン源装置。
【請求項７】
上記誘電率変調部が、第１、第２及び第３の誘電体層より構成され、
上記第１、第２及び第３の誘電体層の各誘電率をε１、ε２及びε３とすると、
ε１＞ε２
ε２＜ε３
ε１≦ε３
とされ、かつ、上記第１、第２及び第３の誘電体層の各膜厚ｔ１、ｔ２及びｔ３が、
ｍａｘ｛ｔ１，ｔ２｝＞ｔ３
（ただし、ｍａｘ｛ａ，ｂ｝はａ又はｂのうち大きい値、もしくはａ＝ｂの場合はその両方を示す。）
の関係とされて成る
ことを特徴とする請求項１記載の電子／イオン源装置。
【請求項８】
電子又はイオンを放出する電子／イオン源を形成する工程と、
カソード及びアノードを形成する工程と、
上記アノードと上記カソードとの間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部を形成する工程とを少なくとも有する
ことを特徴とする電子／イオン源装置の製造方法。
【請求項９】
少なくとも電子放出源が設けられ、上記電子放出源から放出される電子が、アノード電極に照射されて情報を表示する表示装置であって、
上記アノード電極と上記カソード電極との間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率調整部が設けられて成る
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
電子放出源を形成する工程と、
カソード電極及びアノード電極を形成する工程と、
上記アノード電極と上記カソード電極との間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部を形成する工程とを少なくとも有する
ことを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子及び／又はイオン源を有する電子／イオン源装置及びその製造方法と、この電子／イオン源装置を用いた表示装置とその製造方法に関し、特に、電子及び／又はイオンの収束方向を制御する機構を有する電子／イオン源装置とその製造方法、表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子又はイオンを放出する電子／イオン源装置において、電子もしくはイオンのビーム束を絞るか、或いは広げる手段としては、フォーカス（又はデフォーカス）電極を設ける構成が一般的である。
例えば、薄型化や軽量化、また大画面化等を実現する平面型の表示装置として、テレビジョン受像機や情報端末機器等への適用が有望視されている電界電子放出型の表示装置において、電子を収束するフォーカス電極構造が各種提案されている。
【０００３】
電界電子放出型の表示装置において、フォーカス電極を設ける構造としては、例えばエミッター部に印加する電界を調整するゲート電極をストライプ状に形成し、各ゲート電極間にストライプ状のフォーカス電極を設ける構造が提案されている（例えば特許文献１及び２参照。）。
また、図１６に表示装置の要部の概略断面構成を示すように、基板６１上に電界放出型のエミッター部６２を形成し、このエミッター部６２の周囲に土手状の絶縁層６６を設け、その頂部に導電層６４を形成して、この導電層６４に適切な電界を印加してエミッター部１０から放出される電子を収束する構成が提案されている（例えば非特許文献１参照。）。
【０００４】
更に、図１７Ａに要部の概略斜視構成を示すように、基板（図示せず）上にエミッター部６２を形成し、その上に例えばエミッター部６２を取り囲む例えば円形の開口６５ａを有し、平面ストライプ状とされるゲート電極６５を形成し、その後図１７Ｂに示すように、ゲート電極６５を覆って、このゲート電極６５の開口６５ａに連通する開口６９を有する絶縁層６６及び導電性膜より成る制御電極６７を形成し、この制御電極６７に適切な電圧を印加して電子ビーム束を収束するいわば積層型のフォーカス電極構造を設ける例も提案されている（例えば非特許文献２参照。）。
いずれの構造においても、フォーカス電極を構成する導電層や制御電極に所定の電圧を印加して、放出される電子ビームを収束させる構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３１１２４号公報
【特許文献２】特開２００３−１９７１３２号公報
【非特許文献１】M.Tanaka, Y.Obata, Y.Naito, H.Kobayashi, M.Toriumi, et.al. “19.4L:Late-News Paper:Developmentof a 11.3-Inch VGA Full-Color FED” SID(Society for Information Display) 2004 Digest, p.832 (2004）
【非特許文献２】J.Yotani, S.Uemura, T.Nagasako, Y.Saito, M.Yumura, et.al. “24.3:Improvement of CNT-FED Characteristics” SID 2003 Digest, p.918 (2003）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来提案されているフォーカス制御構造は、電子／イオンビーム束を細く絞るか、又は太く広げる役割を果たす何らかのフォーカス用の制御電極構造を設けるものである。このように、装置内に構築する電極が増えれば、構造や製造プロセスが複雑
かつ微細になり、製造難易度が高くなり、製造コストが上昇するという問題がある。
また、フォーカス電極以外の他の構造の形状寸法に制約が増え、設計の自由度が減少すること、更に、電圧供給系統が増え、電源回路コストも高くなる恐れがあり、他方、フォーカス電極に電力エネルギーを供給する必要があるので、エネルギー消費も増え、環境を考慮した省エネ設計に逆行するという問題もある。
【０００７】
更に、特性面においても、上述したようなフォーカス電極を装置内に設けることによって、電極の存在そのものや、フォーカス電極に印加する電圧によって、例えば表示面の異常発光（いわゆるストレー）や放電が発生する頻度が増え、画質や寿命等の品質に影響を及ぼす恐れがある。
【０００８】
本発明は、以上の問題に鑑みて、装置の機能に与える影響を抑え、比較的簡易な構成で電子／イオンの収束を制御することが可能な電子／イオン源装置とその製造方法、表示装置及びその製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、電子又はイオンを放出する電子／イオン源を有する電子／イオン源装置において、アノードとカソードとの間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部が設けられて成ることを特徴とする。
なお、ここで誘電率とは、比誘電率を示し、以下特に断らない限り誘電率と記す。
また、本発明は、上述の電子／イオン源装置において、上記誘電率変調部に、上記カソード側から上記アノード側に向かって少なくとも第１及び第２の誘電体層が設けられ、上記第１の誘電体層の誘電率ε１と、上記第２の誘電体層の誘電率ε２が、
ε１＞ε２
とされて成るか、又は、
ε１＜ε２
とされて成ることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明による電子／イオン源装置の製造方法は、電子又はイオンを放出する電子／イオン源を形成する工程と、カソード及びアノードを形成する工程と、上記アノードと上記カソードとの間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする。
また、本発明による表示装置は、少なくとも電子放出源が設けられ、上記電子放出源から放出される電子が、アノード電極に照射されて情報を表示する表示装置であって、上記アノード電極と上記カソード電極との間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部が設けられて成ることを特徴とする。
更に、本発明による表示装置の製造方法は、電子放出源を形成する工程と、カソード電極及びアノード電極を形成する工程と、上記アノード電極と上記カソード電極との間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする。
【００１１】
上述したように、本発明による電子／イオン源装置及びその製造方法においては、アノードとカソードとの間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部を設けることによって、電子／イオン源から放出される電子又はイオンを、収束用の電極を設けて電圧を印加することなく、すなわちフォーカス用（又はデフォーカス用）の電力を供給することなくそのビーム束を収束ないしは広げることができる。
例えば、比較的高誘電率のε１を有する高誘電体層と、比較的低誘電率のε２を有する低誘電体層が積層されている場合、これらの積層方向に電圧が印加されていると、各誘電体層の厚さ方向の電位差は、誘電率に反比例する関係となり、等電位線が低誘電率層の近傍で密に、高誘電率層の近傍で疎となる電界分布を生じさせ、これにより電子／イオンを
収束もしくは広げることができる。これを利用して、何らのフォーカス（又はデフォーカス）用の電力を消費することなく、定常的に電子／イオンの収束ないしは広げることができることとなる。
そして、このような電子／イオン源装置と同様の誘電率変調部を有する表示装置を構成することによって、装置内にフォーカス電極構造を設けることなく、電子を収束ないしは広げる機能を有する比較的簡易な構成の表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の電子／イオン源装置によれば、フォーカス、デフォーカス用の制御電極構造を設けることなく、また制御用の電力を消費することなく、定常的に電子／イオンビーム束を収束又は広げることができる。
また、本発明の電子／イオン源装置において、誘電率変調部に、カソード側からアノード側に向かって少なくとも第１及び第２の誘電体層を設け、第１の誘電体層の誘電率ε１と、第２の誘電体層の誘電率ε２を、
ε１＞ε２
として構成することによって、電子又は陰イオンのビーム束を収束させるか、或いは、正イオンのビーム束を広げることができる。
また、本発明の電子／イオン源装置において、誘電率調整部に、カソード側からアノード側に向かって少なくとも第１及び第２の誘電体層を設け、第１の誘電体層の誘電率ε１と、第２の誘電体層の誘電率ε２を、
ε１＜ε２
として構成することにより、正イオンのビーム束を収束させるか、或いは、電子又は陰イオン及びビーム束を広げることができる。
【００１３】
更に、上述の電子／イオン源装置において、第１の誘電体層の膜厚ｔ１と、第２の誘電体層の膜厚ｔ２との比ｔ１／ｔ２を、
０．０２３≦ｔ１／ｔ２≦１１７
として構成することによって、良好に電子又はイオンのビーム束を収束、或いは広げることができる。
【００１４】
また、本発明の電子／イオン源装置の製造方法によれば、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部を形成するのみで、他のフォーカス制御用の電極構造を設けることなく、比較的簡易な工程で、電子／イオンのビーム束を収束もしくは広げる機能を有する電子／イオン源装置を製造することができる。
更に、本発明の表示装置及びその製造方法によれば、同様に、フォーカス制御用等の電極構造を設けることなく、比較的簡易な構成で、電子／イオンのビーム束を収束もしくは広げる機能を有する表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
本発明による電子／イオン源装置は、その一例及び変形例の概略構成を図１〜図３に示すように、アノードすなわちアノード電極２４と、カソードすなわちカソード電極２１との間の少なくとも一部に、誘電率の異なる領域を有する誘電率変調部３０を設ける構成とするものである。図１〜図３の例においては、カソード電極２１とアノード電極２４との間に第１及び第２のグリッド電極２２及び２３を設ける構成とし、各電極２１〜２４にカソード電極制御回路２５、第１のグリッド電極制御回路２６、第２のグリッド電極制御回路２７及びアノード電極制御回路２８が接続されて、それぞれの電極２１〜２４に印加する電圧が制御される。そして、各例ともに、カソード電極２１にエミッター部１０が設けられ、カソード電極２１とアノード電極との間に適切な電圧を印加することによって、こ
の場合電子もしくは陰イオンが矢印ａで示すように放出される。
【００１６】
図１に示す例においては、カソード電極２１と第１のグリッド電極２２との間に、異なる誘電率を有する第１及び第２の誘電体層３１及び３２を積層して、誘電率変調部３０を設ける場合を示す。また、図２及び図３に示す例においては、それぞれ第１及び第２のグリッド電極２２及び２３の間、また第２のグリッド電極２３とアノード電極２４の間に、同様の構成の誘電率変調部３０を設ける場合を示す。
このように、アノードとカソードとの間の少なくとも一部に誘電率変調部３０を設けることによって、フォーカス又はデフォーカス制御用の電極構造を設けることなく、定常的に、電子又はイオンのビーム束を収束ないしは広げる機能を有する構成とすることができる。
【００１７】
このような電子／イオン源装置の適用可能な例として、電界電子放出型の表示装置（Field Emission Display：ＦＥＤ）の一例を図４の概略構成図を参照して説明する。この例においては、電子放出源（エミッター）としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いる場合を示す。
図４に示すように、表示装置５０は、平板状のカソード基板１とアノード基板２とが枠体３を介して所定の間隔に対向配置され、一体に構成される。
カソード基板１は、ベースとなる絶縁性の支持基板４の上に、カソード電極５が例えばストライプ状に形成され、その上の表示部分として機能する有効領域に、電子放出部９が構成される。この場合、図示の例においては、カソード電極５と交差する複数のゲートラインを構成するゲート電極７が、例えば異なる誘電率の誘電体層が積層された誘電率変調部３０を介して形成され、誘電体変調部３０及びゲート電極７に連通して開口するキャビティ８が例えば平面円形状に形成され、その開口内に、電子放出部９として、例えば表面に炭素系針状物質１１が突出したエミッター部１０が形成されて成る。図示の例においては、カソード電極５とゲート電極７との交差する領域内に、複数のキャビティ８が設けられ、炭素系針状物質１１を有するエミッター層を、複数のキャビティ８に共通して設けた例を示す。先端部が露出された炭素系針状物質１１からのみ電子が放出される。
【００１８】
なお、炭素系針状物質１１としては、非常に先鋭なエッジを有するＣＮＴを用いることが望ましい。ＣＮＴは、グラフェンシートを丸めた１層又は多層の円筒状をなす物質で、直径が０．７〜５０ｎｍ程度で長さが数μｍの高いアスペクト比をもつ材料である。ただし、エミッター材料として利用可能な微細な針状構造（繊維構造を含む）を有する物質であれば、ＣＮＴ以外のものを炭素系針状物質１１として用いても良い。
また、本発明の電子／イオン源装置及び表示装置の電子放出部としては、このような炭素系針状物質１１の他、Ｍｏ等の仕事関数の比較的低い導電性物質を円錐形状に形成したいわゆるスピント型構成としてもよく、その他例えばＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）型構成、また熱電子放出型など、種々の構成の電子放出部が適用
可能である。
【００１９】
一方、アノード基板２は、ベースとなる透明基板１２と、この透明基板１２上に形成された蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４と、これら蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４を覆う状態で透明基板１２上に形成されたアノード電極１５とを備えて構成される。蛍光体層１３は、図示しないが赤色発光用、緑色発光用、青色発光用の３種の蛍光体層より構成される。ブラックマトリックス１４は、各色発光用の蛍光体層の間に形成される。アノード電極１５は、カソード基板１の電子放出部９と対向するように、アノード基板２の表示領域として機能する有効領域に全域にわたって、蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４上に形成される。
【００２０】
これらのカソード基板１とアノード基板２とは、それぞれの外周部で枠体３を介して接
合される。カソード基板１の、表示領域として機能しない無効領域には、真空排気用の貫通孔１６が設けられている。貫通孔１６には、真空排気後に封じられるチップ管１７が接続され、組み立て工程後には図示のように封じ切られた状態となる。
なお、前述の図１〜図４においては、各基板１及び２の間のギャップを保持する耐圧用のスペーサは省略されている。後述する図５及び図６、また図１２〜図１５の例においても同様である。
【００２１】
このような構成の表示装置５０において、実際に画像等の情報の表示を行う際には、例えばカソード電極５にカソード電極制御回路１８から走査信号を入力し、ゲート電極７にゲート電極制御回路１９からビデオ信号を入力する。或いは、カソード電極５にカソード電極制御回路１８からビデオ信号を入力し、ゲート電極７にゲート電極制御回路１９から走査信号を入力する。
カソード電極５に相対的な負電圧、ゲート電極７に相対的な正電圧を印加して、エミッター部１０の炭素系針状物質１１の先端に電界が集中することにより、量子トンネル効果により電子がエネルギー障壁を越えて電子放出部９から真空中へ放出される。アノード電極１５にゲート電極７より高い正電圧を印加して、引き付けられた電子は透明基板１２上の蛍光体層１３に衝突して、発光する。この発光位置を、画素単位で制御することによって、表示面に所望の情報、例えば画像を表示することができる。
【００２２】
図５は、本発明による表示装置の一例の要部の概略断面構成を示す。図５に示すように、誘電率変調部３０としては、第１及び第２の誘電体層３１及び３２がこの順にカソード電極５側からアノード電極１５側に向かって積層された構成とすることができる。図５において、図４と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
従来は、図６に示すように、カソード電極５とゲート電極７との間に、単一の誘電率をもつ絶縁層６を設けている。図６において、図４と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合は、前述の図１６及び図１７において説明したように、何らかの電子ビームを収束するフォーカス制御用の電極構造を設ける必要があった。
【００２３】
しかしながら、本発明の表示装置においては、図５に示すように、電子ビームフォーカス用の電極構造は設ける必要がない。この場合、第１の誘電体層３１の誘電率をε１、第２の誘電体層３２の誘電率をε２とすると、
ε１＞ε２
とすることによって、第１の誘電体層３１の積層方向の電位差Ｖ１、第２の誘電体層３２の積層方向の電位差Ｖ２、誘電体変調部３０の積層方向の電位差Ｖ（＝Ｖ１＋Ｖ２）に対し、
Ｖ２／Ｖ１＝ε１／ε２
となる電位差を誘電体変調部３０の積層方向に生じさせ、これにより矢印ｅで示す電子ビームを所望のビーム束径に収束することができるという効果を有する。
【００２４】
このように電子ビーム束を収束することによって、表示装置の解像度、色純度及び輝度の向上を図ることができる。これについて説明すると、図７に表示装置の一例におけるアノード電極上の概略平面構成を示すように、例えばストライプ状に交互に配置される蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４に対し、照射するスポット径を小さくできることによる。図７において、一つの電子ビーム束はドット輝点に相当し、図７における横方向に白、黒、白のドット信号を表示している例を示す。
すなわち、電子ビーム束の収束が十分でなく、Ｓ１１及びＳ１２で示すように、ドット輝点に相当する電子ビーム束が重なってしまうと、ドット輝点に挟まれた黒信号は解像できなくなる。これに対し、Ｓ２１及びＳ２２で示すように、ビーム束を細く収束し、電子ビーム束が重ならない場合は、白、黒、白のドット信号が解像可能となり、すなわち解像度が向上する。
蛍光体層１３が単色でなく、３色カラー（赤緑青）の蛍光体が繰り返し配置されている場合、電子ビーム束Ｓ１１及びＳ１２で示すようにビーム束が重なっていると混色が発生し、ドット輝点の色を正しく発色できなくなってしまう。これに対し、電子ビーム束Ｓ２１及びＳ２２で示すように、ビーム束径が小さく、ビーム束が分離していれば、一つのドット輝点は一色のみを発色するので、色純度が向上する。
【００２５】
また、電子ビーム束Ｓ１１及びＳ１２のアノード衝突面積をＳ１（ｍ２）、電流をＩ１（Ａ）とし、電子ビーム束Ｓ２１及びＳ２２のアノード衝突面積をＳ２（ｍ２）、電流をＩ２（Ａ）として、各電子ビーム束の単位時間当たりのアノード衝突電子数が等しく、すなわち電流が等しくＩ１＝Ｉ２とすると、単位面積あたりの電流密度は、Ｓ１＞Ｓ２より、（Ｉ１／Ｓ１）＜（Ｉ２／Ｓ２）となって、細く収束した電子ビーム束Ｓ２１及びＳ２２のほうが電流密度が高くなり、高い発光輝度が得られる。更に、電子ビーム束Ｓ２１及びＳ２２は、発光に寄与しないブラックマトリックス１４に衝突する割合が小さいので、より高い発光輝度が得られることとなる。
【００２６】
以上説明した本発明構成の電子／イオン源装置を含む表示装置の製造方法の手順の各例を図８Ａ及びＢの工程図に示す。例えば誘電率変調部として、２層の誘電体層を積層する場合は、図８Ａに示すように、カソード電極を形成した後、第１の誘電体層、第２の誘電体層を順次形成し、その後アノード電極を形成する工程を有する。また、３層の誘電体層を積層する場合は、図８Ｂに示すように、カソード電極を形成した後、第１、第２及び第３の誘電体層をこの順に積層した後、アノード電極を形成する工程を有する。
表示装置を製造する際には、その他表示部として蛍光体層等を形成する工程や、またカソード電極及びアノード電極に電圧を付与する制御部等を形成する工程、更に枠体を組み立てる工程等を経て表示装置を製造し得る。
【００２７】
なお、各誘電体層の形成方法としては、材質によって、印刷や吹きつけ、コーティング、或いはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長法）等の各種の適切な形成方法を採用できる。
【００２８】
次に、上述のＦＥＤ型構成の表示装置の一例において、カソード電極とゲート電極との間にカソード電極側から第１及び第２の誘電体層を形成して誘電率変調部を構成する場合に、第１及び第２の誘電体層の膜厚比について検討した結果を示す。
この例においては、上述の図５において説明した構造を採用し、第１及び第２の誘電体層３１及び３２の膜厚ｔ１及びｔ２のトータルの膜厚を７μｍで固定し、各膜厚ｔ１及びｔ２の比のみを変化させて、これに対する電子ビームの束の変化率をシミュレーションにより求めた。この結果を図９に示す。
なお、この例においては、第１の誘電体層としてＳｉＣ（誘電率ε１＝１０．２）を用い、第２の誘電体層としては、ＳｉＯ２(石)（誘電率ε２＝４．６）を用いた。図９においては、横軸に第１の誘電体層の膜厚を示す。
このとき、最も電子ビーム束径が細く収束された構成のビーム束径比の収束率を１００ａとし、これに対し５％の収束率を示す膜厚の領域を破線で示す。すなわち、この破線の間の領域では、誘電体層を１層とする場合の電子ビーム束径を１００としたときに、最大変化量（図示の例においては、６３％程度の束径比であることから、３７％程度の変化量）に対し、その５％以上の変化量をもって、電子ビームを収束することができることを示す。
図９の例においては、この範囲は、第１の誘電体層と第２の誘電体層の膜厚比ｔ１／ｔ２が、０．０２５以上１１４以下の範囲であった。
【００２９】
更に、その他の材料を用いて各誘電体層を構成する場合において、同様に、最大変化量に対し、５％以上の変化量をもって電子ビームを収束することができる範囲を求めた。こ
の結果を図１０に示す。
図１０においては、比較的高誘電率の第１の誘電体層と、第２の誘電体層の材料（又は状態）及び誘電率ε１、ε２を、下記の表１に示す例１〜例４として解析し、各例において、それぞれ第１の誘電体層の膜厚を最も薄くする最低膜厚比、最も厚くする最高膜厚比の範囲を示した。
【００３０】
【表１】
2006253100.tif 000003
【００３１】
この結果から、誘電率比を１．０１から１０．２とする範囲において、第１及び第２の誘電体層の膜厚比ｔ１／ｔ２を、０．０２３以上１１７以下とする場合に、最大変化量に対して５％以上の変化量、この場合収束変化量を実現できることがわかる。
したがって、本発明においては、この誘電率変調部における第１及び第２の誘電体層の膜厚比ｔ１／ｔ２を、
０．０２３≦ｔ１／ｔ２≦１１７
とするものである。
【００３２】
更に、誘電率比としては、各誘電率の比ε１／ε２＞１であれば、電子ビーム束を収束する効果は得られるが、より確実に収束するためには、
ε１／ε２≧１．０１
とすることが望ましい。
【００３３】
図１１は、第１の誘電体層としてＳｉＣ（誘電率ε１＝１０．２）、第２の誘電体層としてＳｉＯ２（誘電率ε２＝４．６）を用いた場合において、膜厚比ｔ１／ｔ２を５／２としたときの第１及び第２の誘電体層３１及び３２、ゲート電極７近傍の模式的な等電位線図を示す。図１１においては、カソード（図示せず）を０Ｖ、ゲート７を５０Ｖ、アノード（図示せず）を９０Ｖとし、アノードとカソードとの間の距離をゲートとカソード間距離の約３倍とした例を示す。第１及び第２の誘電体層３１及び３２の近傍において、等電位線の密度が変化して電子凸レンズが形成され、電子ビームを細く絞る効果を生じていることがわかる。
【００３４】
なお、誘電体層の材料としては、その他各種の材料を用いることが可能であることはいうまでもない。下記の表２に、その他の代表的な材料例を示す。
【００３５】
【表２】
2006253100.tif 000004
【００３６】
なお、上記表１及び表２における各材料の誘電率は以下の文献に記載されているものである。
ＳｉＣＮ：米国公開特許第20020027286号公報、段落番号〔0024〕
ＳｉＣ、ＳｉＯ２（石）：日本化学会編、化学便覧、丸善（株）II-502頁の表13・25
ＳｉＯ２（多孔質、ＰＥＣＶＤ）、テフロン（アモルファス）：米国特許第6277728号
、table
【００３７】
また、上述の例においては、誘電率変調部を２層構成とする場合について説明したが、例えば図１２に要部の概略断面構成を示すように、異なる誘電率を有する第１〜第３の誘電体層３１〜３３により構成することも可能である。図１２において、図５と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においても、カソード側から順に誘電率が順次小となる材料を選定することによって、同様に電子ビーム束を収束する効果が生じることはいうまでもない。
なお、各層の厚さとしては、上述の２層構成の例を適用して、例えば第１及び第２の誘電体層の膜厚比を適宜選定し、更に第２及び第３の誘電体層の膜厚比を適宜選定して、第１〜第３の誘電体層の全厚さを考慮して、各層の厚さを選定することが望ましい。
【００３８】
更に、誘電率変調部としては、単調な積層構造に限定されるものではなく、例えば、図１３に示すように、誘電率変調部３０の内部において誘電率が徐々に変化する構成とすることも可能である。このような誘電率変調部３０は、例えば誘電体層としてＳｉＣＮを用いてこれをＣＶＤ法により成膜し、その際にＮのドープ量を連続的に変化させることによって、製造することができる。
また、図１４に示すように、誘電率変調部３０内に、比較的高誘電率の第１の誘電体層３１と、比較的低誘電率の第２の誘電体層３２を設け、エミッター部１０を取り囲むキャビティの側壁部を第２の誘電体層３２が覆う形状とすることも可能である。この場合、誘電率変調部３０の側壁部から、第１の誘電体層３１の端部に至る第２の誘電体層３２の厚さｄが、誘電率変調部３０の全厚さと同等以下であれば、図１１において説明した例と同様の電子凸レンズを構成する等電位線を生じさせることが可能である。なお、この第２の誘電体層３２の厚さｄは小さいほど望ましい。
図１３及び図１４において、図５と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３９】
更に、例えばゲート電極材料の密着性や、電子放出部を構成するキャビティの形状等の制約など、何らかの理由によって、アノード側に比較的高い誘電率の誘電体層を設ける必要が生じた場合においても、誘電率変調部内の各層の膜厚を適切に選定することによって、同様に電子ビーム束を細く絞る効果を生じさせることができる。
この場合、図１５にその一例の概略断面構成を示すように、カソード側から例えば第１〜第３の誘電体層３１〜３３を設け、各層３１〜３３の誘電率をそれぞれε１、ε２及びε３とすると、
ε１＞ε２
ε２＜ε３
となる。
このとき、第１及び第３の誘電体層３１及び３３の誘電率ε１とε３の関係が、
ε１＞ε３
である場合は、巨視的に見れば比較的誘電率の高い第１の誘電体層と、比較的誘電率の低い第２及び第３の誘電体層との積層構造と見なすことができる。各層の膜厚を選定するにあたり、第１の誘電体層の膜厚ｔ１に対し、第２及び第３の誘電体層の膜厚の和（ｔ２＋ｔ３）を、上述の図９及び図１０において説明した例と同様に適宜選定することにより、上述の例と同様に、電子を収束する効果を得ることができる。
【００４０】
一方、上述したように、
ε１＞ε２
ε２＜ε３
であり、かつ第１及び第３の誘電体層３１及び３３の誘電率ε１及びε３の関係が、
ε１≦ε３
のときは、第１〜第３の誘電体層３１〜３３の各膜厚をそれぞれｔ１、ｔ２及びｔ３とすると、第３の誘電体層の厚さｔ３を、
ｍａｘ｛ｔ１，ｔ２｝＞ｔ３
とすることによって、同様の効果を得ることができる。すなわち、第１及び第２の誘電体層３１及び３２の膜厚のうち、厚いほうの膜厚（同じ膜厚であればその膜厚）に比して第３の誘電体層３３の膜厚が小さければ、この比較的誘電率の高い第３の誘電体層による影響を抑えて、上述したような電子を収束する効果を得ることができる。
また特に、
ε１＜ε３
である場合、又は、第１及び第２の誘電体層の膜厚ｔ１、ｔ２が
ｔ１＜ｔ２
である場合は、
ｍａｘ｛ｔ１，ｔ２｝＞＞ｔ３
を満足するように、第３の誘電体層の膜厚ｔ３を選定すれば、第３の誘電体層による影響をより抑えることができる。
【００４１】
なお、このように第３の誘電体層の誘電率が比較的大きく、電子を収束する効果とは逆の作用を生じる部分がある場合に、その影響を確実に抑制し、十分な収束効果を得るためには、第３の誘電体層の厚さｔ３をｍａｘ｛ｔ１，ｔ２｝、すなわち第１又は第２の誘電体層の厚さのうち大きいほうの厚さに対し、その２分の１以下程度とすることがより望ましい。
更に、ε１＜ε３の場合は、第３の誘電体層の厚さｔ３をｍａｘ｛ｔ１，ｔ２｝の例えば３分の１程度以下、より望ましくは４分の１以下とすることが好適である。
【００４２】
上述の各例においては、電子を放出する電子源を有する表示装置について説明したが、例えば陰イオンや陽イオンを放出するイオン源装置においても、カソード側からアノード側に向かって徐々に誘電率が小、又は大となる誘電率調整部を設けることによって、上述の各例と同様に、イオンを収束する効果を得ることができる。
また、誘電率の大小関係を逆とすることによって、電子ビーム又はイオンビームを広げる機能を有する構成とすることも可能である。
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、電子又はイオンを収束又は広げる機能を有するフォーカス又はデフォーカス用の制御電極を設ける必要がなく、このような制御電極を設けることによる消費エネルギーの増加を回避することができ、何らの制御電圧を印加することなく、定常的に電子ビーム束を制御することができる。
また、本発明によれば、フォーカス又はデフォーカス用の制御電極構造を設ける必要がないことから、製造プロセスコストの低減、歩留まりの改善を図ることができる。
【００４４】
なお、上記の各例においては、誘電率変調部を設ける位置として、カソード電極とゲート電極を例に取り上げたが、それ以外の電極間でも同様な構造を形成することで、電子ビーム束径を制御する効果を実現できることはいうまでもない。
【００４５】
また、本発明の表示装置によれば、電子ビームを細く絞ることにより、解像度や色純度が向上し、輝度を増加ないしは調整することができる。特に、制御電極構造を設けることによる放電やストレー等の発生を回避し、すなわち画質や寿命などの品質への影響を回避することができるため、生産性、歩留まりの向上を図ることが可能である。また、電極部に印加する電圧の制約が減少するという利点も有する。
また、誘電率変調部を誘電体層が積層された構成とする場合には、誘電率比に応じた各誘電体層の層厚比を適切に選定することによって、所望の収束率比を選択することが可能であり、目的とする表示装置の電子放出源とアノード電極との間隔、またその他の部分の寸法形状に対応して、最適な収束ビーム径を実現することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上述の各例に限定されるものではなく、その他本発明を逸脱しない範囲において、種々の電子／イオン源装置、表示装置に適用することが可能である。
例えば、各種のイオン源装置において、装置内に電子源をも設ける場合において、少なくとも一方に本発明を適用するなど、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。また、イオン源装置を有する表示装置等の各種装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の電子／イオン源装置の一例の要部の概略構成図である。
【図２】本発明の電子／イオン源装置の一例の要部の概略構成図である。
【図３】本発明の電子／イオン源装置の一例の要部の概略構成図である。
【図４】本発明の表示装置の一例の要部の概略構成図である。
【図５】本発明の表示装置の一例の要部の概略構成図である。
【図６】従来の表示装置の一例の要部の概略構成図である。
【図７】表示装置における電子ビーム束の照射態様を説明する概略平面構成図である。
【図８】Ａは本発明の電子／イオン源装置の製造方法の一例の製造工程の手順を示す工程図である。Ｂは本発明の電子／イオン源装置の製造方法の一例の製造工程の手順を示す工程図である。
【図９】誘電体層を２層積層する例における第１の誘電体層の膜厚に対するビーム束径比の変化を示す図である。
【図１０】誘電体層を２層積層する例における誘電率比に対する膜厚比の範囲を示す図である。
【図１１】本発明の表示装置の一例の要部における模式的な等電位線図である。
【図１２】本発明の表示装置の一例の要部の概略構成図である。
【図１３】本発明の表示装置の一例の要部の概略構成図である。
【図１４】本発明の表示装置の一例の要部の概略構成図である。
【図１５】本発明の表示装置の一例の要部の概略構成図である。
【図１６】従来の表示装置の一例の要部の概略構成図である。
【図１７】Ａは従来の表示装置の一例の要部の概略斜視図である。Ｂは従来の表示装置の一例の要部の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１．カソード基板、２．アノード基板、３．枠体、４．支持基板、５．カソード電極、６．絶縁層、７．ゲート電極、８．キャビティ、９．電子放出部、１０．エミッター部、１１．炭素系針状物質、１２．透明基板、１３．蛍光体層、１４．ブラックマトリックス、１５．アノード電極、１６．貫通孔、１７．チップ管、１８．カソード電極制御回路、１９．ゲート電極制御回路、２０．アノード電極制御回路、２１．カソード電極、２２．第１のグリッド電極、２３．第２のグリッド電極、２４．アノード電極、２５．カソード電極制御回路、２６．第１のグリッド電極制御回路、２７．第２のグリッド電極制御回路、２８．アノード電極制御回路、３０．誘電率変調部、３１．第１の誘電体層、３２．第２の誘電体層、３３．第３の誘電体層、４０．電子／イオン源装置、５０．表示装置、６１．基板、６２．エミッター部、６３．絶縁層、６４．導電層、６５．ゲート電極、６５ａ．開口、６６．絶縁層、６７．制御電極、６９．開口
【図１】
2006253100.tif 000005
【図２】
2006253100.tif 000006
【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
2006253100.tif 000019
【図１７】
2006253100.tif 000020
【図１３】
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