(57)【要約】【課題】電子放出を誘引するための駆動電圧を上昇させずに電子放出量を増加させることが可能な電子放出素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】電子放出素子は，基板１０と，この基板上に形成されるカソード電極１６（第１電極）と，カソード電極１６に電気的に連結される電子放出部１８と，カソード電極１６とは実質的に異なる層に位置し，同一電圧の印加を受けて電子放出部１８からの電子放出に必要な電界を形成する第１ゲート電極１２（第２電極）および第２ゲート電極２４（第３電極）と，カソード電極１６と実質的に同一の層に位置し，第１ゲート電極１２および第２ゲート電極２４に印加される電圧と同一電圧が印加される対向電極２０（第４電極）とを含む。かかる構成により，駆動電圧を上昇させずに電子放出量を増加させることができる，この結果，消費電力を低減させることができる。【選択図】図３
2006073526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板上に形成される第１電極と；
前記第１電極に電気的に連結される電子放出部と；
前記第１電極とは異なる層に位置し，同一電圧の印加を受けて前記電子放出部からの電子放出に必要な電界を形成する第２電極および／または第３電極の少なくとも一つの電極と；を備える電子放出素子。
【請求項２】
電子放出素子であって，さらに，
前記第１電極と同一の層に位置し，前記第２電極および／または前記第３電極の少なくとも一つの電極に印加される電圧と同一電圧が印加される第４電極を備える請求項１記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記第２電極と前記第４電極との間には，第１絶縁層が形成され，
前記第４電極は，前記第１絶縁層のビアホールを介して前記第２電極と接触する請求項２記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記第１電極は，前記第２電極と前記第３電極の間に配置され，
前記第２電極は，前記第３電極より前記基板に近く配置される請求項１記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記第２電極および／または前記第３電極の少なくとも一つの電極は，
前記基板の同一方向に沿ってストライプパターンを成しながら任意の間隔をおいて前記基板上にそれぞれ複数形成される請求項１記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記第２電極および前記第３電極は，
前記基板の同一方向に沿ってストライプパターンを成しながら任意の間隔をおいて前記基板上にそれぞれ複数形成される請求項１記載の電子放出素子。
【請求項７】
基板と；
前記基板上に形成されるカソード電極と；
前記カソード電極に電気的に連結される電子放出部と；
前記カソード電極とは異なる層に位置し，同一電圧の印加を受けて前記電子放出部からの電子放出に必要な電界を形成する１または２以上のゲート電極と；を備える電子放出素子。
【請求項８】
前記ゲート電極は，
第１絶縁層を介して前記カソード電極の下方に位置する第１ゲート電極と，第２絶縁層を介して前記カソード電極の上方に位置する第２ゲート電極とを有する請求項７記載の電子放出素子。
【請求項９】
前記第１ゲート電極と前記第２ゲート電極は，
前記基板の一方向に沿ってストライプパターンを成しながら任意の間隔をおいて前記基板上にそれぞれ複数形成される請求項８記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記第１ゲート電極および前記第２ゲート電極は，
それぞれの端部がお互い接触して電気的に連結される請求項８記載の電子放出素子。
【請求項１１】
電子放出素子であって，さらに，
前記カソード電極と同一の層に位置し，前記第１絶縁層のビアホールを介して前記第１ゲート電極と接触する対向電極を備える請求項８記載の電子放出素子。
【請求項１２】
基板と；
前記基板上に形成される走査電極と；
前記走査電極に電気的に連結される電子放出部と；
前記走査電極とは異なる層に位置し，同一電圧の印加を受けて電子放出部からの電子放出に必要な電界を形成する１または２以上のデータ電極と；を備える電子放出素子。
【請求項１３】
前記データ電極は，
第１絶縁層を介して前記走査電極の下方に位置する第１データ電極と，第２絶縁層を介して前記走査電極の上方に位置する第２データ電極とを有する請求項１２記載の電子放出素子。
【請求項１４】
前記第１データ電極および前記第２データ電極は，
前記基板の一方向に沿ってストライプパターンを成しながら任意の間隔をおいて前記基板上にそれぞれ複数形成される請求項１３記載の電子放出素子。
【請求項１５】
前記第１データ電極および前記第２データ電極は，
それぞれの端部がお互い接触して電気的に連結される請求項１３記載の電子放出素子。
【請求項１６】
電子放出素子であって，さらに，
前記走査電極と同一の層に位置し，前記第１絶縁層のビアホールを介して前記第１データ電極と接触する第３データ電極を備える請求項１３記載の電子放出素子。
【請求項１７】
基板と；
前記基板上に形成され，所定の電位が印加される電子放出部と；
前記電子放出部を介してサンドイッチ状に配置される電子引出電極と；を備える電子放出素子。
【請求項１８】
前記電子引出電極は，
前記電子放出部と電気的に連結されるカソード電極と，
前記カソード電極とは異なる層に位置し，同一電圧を印加されて，前記電子放出部からの電子放出に必要な電界を形成する１または２以上のゲート電極と，を有する請求項１７記載の電子放出素子。
【請求項１９】
前記ゲート電極は，
第１絶縁層を介して前記カソード電極の下方に位置する第１ゲート電極と，
第２絶縁層を介して前記カソード電極の上方に位置する第２ゲート電極と，を有する請求項１８記載の電子放出素子。
【請求項２０】
電子放出素子であって，さらに，
前記カソード電極と同一の層に位置し，前記第１絶縁層のビアホールを介して第１ゲート電極と接触する対向電極を備える請求項１９記載の電子放出素子。
【請求項２１】
前記電子放出部は，
カーボンナノチューブ，グラファイト，グラファイトナノファイバ，ダイアモンド，ダイアモンドライクカーボン，Ｃ６０およびシリコンナノワイヤからなる群より選択された少なくとも一つの物質を含む請求項１，７，１２および請求項１７のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項２２】
電子放出素子であって，さらに，
前記基板と所定の間隔をおいて対向して配置される他側の基板に形成される少なくとも一つのアノード電極と，前記アノード電極のいずれか一面に形成される蛍光層とを備える請求項１，７，１２および請求項１７のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項２３】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は，
互いに異なるエッチング率を有する請求項８，１３および請求項１９のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項２４】
前記第１絶縁層のエッチング率は，前記第２絶縁層のエッチング率の１／３倍と同一またはそれより小さい請求項２３記載の電子放出素子。
【請求項２５】
基板上に第１ゲート電極を形成する段階と；
前記第１ゲート電極を覆いながら前記基板全体に第１絶縁層を形成し，前記第１絶縁層を部分エッチングしてビアホールを形成する段階と；
前記第１絶縁層上に導電膜を形成し，これをパターニングしてカソード電極，および前記ビアホールを介して第１ゲート電極と接触する対向電極を形成する段階と；
前記カソード電極，前記対向電極および前記第１絶縁層上に，前記第１絶縁層とは異なるエッチング率を有する第２絶縁層を形成する段階と；
前記第２絶縁層上に導電膜を形成し，これをパターニングして開口部を有する第２ゲート電極を形成する段階と；
前記開口部によって露出した前記第２絶縁層の部位を部分エッチングして前記第２絶縁層に開口部を形成する段階と；を有する電子放出素子の製造方法。
【請求項２６】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層を形成するとき，前記第１絶縁層を，前記第２絶縁層のエッチング率の１／３倍と同一またはそれより小さい物質で形成する請求項２５記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項２７】
前記第１ゲート電極を形成するとき，前記第１ゲート電極は，任意の間隔をおいて前記基板上に複数形成され，
前記第２ゲート電極を形成するとき，前記第２ゲート電極は，前記第１ゲート電極と平行でありかつ前記各第２ゲート電極が前記各第１ゲート電極に対応して配置されるように複数形成される請求項２５記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項２８】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層を形成するとき，前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は，前記第１ゲート電極の端部を露出するように形成され，前記第２ゲート電極を形成するとき，前記第２ゲート電極の端部は，前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の側面を経て前記第１ゲート電極の上面と接触するように形成される請求項２５記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項２９】
前記電子放出素子の製造方法であって，さらに，
前記第２絶縁層に前記開口部を形成した後，開放されたカソード電極の部位に電子放出部を形成する段階を有する請求項２５記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３０】
前記電子放出部を形成する段階は，
カーボンナノチューブ，グラファイト，グラファイトナノファイバ，ダイアモンド，ダイアモンドライクカーボン，Ｃ６０およびシリコンナノワイヤからなる群より選択された少なくとも一つの物質に有機物を混合してペースト状の電子放出物質を製作し，前記電子放出物質をスクリーン印刷，乾燥および焼成する過程を有する請求項２９項記載の電子放出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電子放出素子に関し，より詳しくは，電子放出部から電子を放出させるための電子引出電極の構造を改善した電子放出素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，電子放出素子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）は，電子源として熱陰極を用いる方式と，電子源として冷陰極を用いる方式に大別される。
【０００３】
冷陰極を用いる方式の電子放出素子としては，ＦＥＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ａｒｒａｙ）型，ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型，ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型およびＳＣＥ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ）型などが知られている。
【０００４】
上記ＭＩＭ型又はＭＩＳ型電子放出素子は，それぞれ金属／絶縁層／金属（ＭＩＭ）又は金属／絶縁層／半導体（ＭＩＳ）の構造からなる電子放出部を備え，絶縁層を挟んで位置する２つの金属又は金属と半導体との間に電圧を加えるとき，金属又は半導体から供給される電子がトンネル現象（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）によって絶縁層を通過して上部金属に到達し，到達した電子のうちの上部金属の仕事関数（ｗｏｒｋ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）以上のエネルギーを有する電子が上部電極から放出される。
【０００５】
上記ＳＣＥ型電子放出素子は，一つの基板上にお互い向かい合って配置された第１電極と第２電極との間に導電薄膜を提供し，この導電薄膜に微細な亀裂を生じさせることにより電子放出部を形成しており，両電極に電圧を加えて導電薄膜の表面に電流が流れるときに電子放出部から電子が放出される原理を用いる。
【０００６】
上記ＦＥＡ型電子放出素子は，仕事関数（ｗｏｒｋ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が小さいか或いはアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）が大きい物質を電子源として使用する場合，真空中で電界によって電子が容易に放出される原理を用いたものであって，モリブデン（Ｍｏ）またはシリコン（Ｓｉ）などを主材質とする先端の鋭いチップ（ｔｉｐ）構造物，又はカーボンナノチューブ，黒鉛，ダイアモンドライクカーボンなどのカーボン系物質を電子源として適用した例が開発されている。
【０００７】
このような冷陰極を用いる電子放出素子は，真空容器を構成する２つの基板のうち，第１基板上には電子放出部の電子放出を制御する電子引出電極を電子放出部とともに備え，第２基板上には第１基板側からの放出電子を蛍光層に向かって効率よく加速させる電子加速電極を蛍光層とともに備えることにより，所定の発光又は表示作用を行う。
【０００８】
たとえば，上記ＦＥＡ型電子放出素子は，第１基板上に電子引出電極としてカソード電極とゲート電極を備え，第２基板上に電子加速電極としてアノード電極を備えたいわゆる３極管構造で構成される。上記カソード電極とゲート電極は，通常，互いに異なる層に位置し，別途の電圧が印加されてカソード電極と電気的に連結された電子放出部から電子が放出されるように構成されている。
【０００９】
上記ＦＥＡ型電子放出素子では，電子放出部の電子放出量が，電気放出部の周囲に形成される電界の強さ（Ｅ）に対して指数関数的に変化する関係にある。そして，電界の強さ（Ｅ）は，ゲート電極に印加される電圧と比例する関係にある。
【００１０】
ところが，上記観点からみると，公知の電子放出素子は，ゲート電極の構造的な限界によって電界の強さを極大化することができないため，電子放出部から出る電流量に限界があり，これにより高い輝度を有する画面を構築することが難しいという問題点がある。
【００１１】
勿論，ゲート電極に印加される電圧を大きくすることにより，かかる問題点を解消することはできる。しかし，このような場合，消費電力の上昇は，電子放出素子が大衆へ普及されることに対する弊害となる。また，」この場合，高価な駆動ドライバを使用しなければならないので，電子放出素子の製造コストをアップさせるという副作用を生む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電子放出を誘引するための駆動電圧を上昇させずに電子放出量を増加させる電子放出素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題の少なくとも一つを解決するために，本発明のある観点によれば，基板と，基板上に形成される第１電極と，第１電極に電気的に連結される電子放出部と，第１電極とは実質的に異なる層に位置し，同一電圧の印加を受けて電子放出部からの電子放出に必要な電界を形成する第２電極および／または第３電極の少なくとも一つの電極とを含む電子放出素子が提供される。
【００１４】
上記電子放出素子は，第１電極と実質的に同一の層に位置し，第２電極および／または第３電極の少なくとも一つの電極に印加される電圧と同一電圧の印加を受ける第４電極をさらに含むことができる。この場合，第２電極と第４電極との間に第１絶縁層が形成され，第４電極は第１絶縁層のビアホール（ｖｉａ  ｈｏｌｅ）を介して第２電極と接触することができる。
【００１５】
上記第１電極は，第２電極と第３電極との間に配置され，第２電極が第３電極より上記基板に近く配置される。
【００１６】
上記第２電極と第３電極の少なくとも一つの電極が，上記基板の一方向に沿ってストライプパターンを成しながら任意の間隔をおいて基板上にそれぞれ複数形成できる。
【００１７】
また，本発明の他の観点によれば，基板と，基板上に形成されるカソード電極と，カソード電極と電気的に連結される電子放出部と，カソード電極とは実質的に異なる層に位置し，同一電圧の印加を受けて電子放出部からの電子放出に必要な電界を形成する１または２以上のゲート電極とを含む，電子放出素子が提供される。
【００１８】
上記ゲート電極は，複数の第１絶縁層を介してカソード電極の下方に位置する第１ゲート電極と，第２絶縁層を介してカソード電極の上方に位置する第２ゲート電極とを含む。第１ゲート電極と第２ゲート電極は，端部がお互い接触して電気的に連結できる。
【００１９】
上記電子放出素子は，カソード電極と実質的に同一の層に位置し，第１絶縁層のビアホールを介して第１ゲート電極と接触する対向電極をさらに含むことができる。
【００２０】
また，本発明の他の観点によれば，基板と，基板上に形成される走査電極と，走査電極と電気的に連結される電子放出部と，走査電極とは実質的に異なる層に位置し，同一電圧の印加を受けて電子放出部からの電子放出に必要な電界を形成する複数のデータ電極とを含む，電子放出素子が提供される。
【００２１】
また，本発明の他の観点によれば，基板と，基板上に形成され，所定の電位が印加される電子放出部と，電子放出部を介してサンドイッチ状に配置される電子引出電極とを含む，電子放出素子が提供される。
【００２２】
上記において，電子引出電極は，電子放出部と電気的に連結されるカソード電極と，カソード電極とは実質的に異なる層に位置し，同一電圧の印加を受けて電子放出部からの電子放出に必要な電界を形成する１または２以上のゲート電極を含む。
【００２３】
また，本発明の他の観点によれば，基板上に第１ゲート電極を形成する段階と，第１ゲート電極を覆いながら基板全体に第１絶縁層を形成し，第１絶縁層を部分エッチングしてビアホールを形成する段階と，第１絶縁層上に導電膜を形成し，これをパターニングしてカソード電極，およびビアホールを介して第１ゲート電極と接触する対向電極を形成する段階と，カソード電極，対向電極および第１絶縁層上に第１絶縁層とは異なるエッチング率を有する第２絶縁層を形成する段階と，第２絶縁層上に導電膜を形成し，これをパターニングして開口部付き第２ゲート電極を形成する段階と，開口部によって露出した第２絶縁層の部位を部分エッチングして第２絶縁層の開口部を形成する段階とを含む，電子放出素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る電子放出素子によれば，駆動電圧を上昇させることなく，電子放出量を大幅に増加させることができる。その結果，本発明に係る電子放出素子によれば，画面の輝度と色再現率を高めることができるとともに，消費電力を低減することができる。また，高価な駆動ドライバを使用する必要がないので，製品製造時のコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下，添付図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電子放出素子の部分分解斜視図，図２は図１の組み立て状態を示す部分断面図である。
【００２６】
同図を参照すると，電子放出素子は，任意の大きさの第１基板１０と第２基板３０を，内部空間が設けられるように所定の間隔をおいて実質的に平行に配置し，これらを一つに接合させることにより，外観を示す真空容器が構成される。上記第１基板１０および第２基板３０のうち，第１基板１０には電子放出のための構成が提供され，第２基板３０には電子によって可視光を放出して任意の発光または表示を行う構成が提供される。
【００２７】
まず，第１基板１０上には第１電極のカソード電極１６と第２電極の第１ゲート電極１２が第１絶縁層１４を挟んで位置し，第１ゲート電極１２がカソード電極１６より第１基板１０に近く配置される。
【００２８】
上記カソード電極１６は，所定のパターン，例えばストライプ状をしており，お互い任意の間隔をおいて第１基板１０の一方向（図面のｘ軸方向）に沿って複数形成され，第１絶縁層１４は，第１ゲート電極１２を覆いながら第１基板１０の全体にわたって形成される。第１ゲート電極１２は，所定のパターン，例えばストライプ状をしており，お互い任意の間隔をおいてカソード電極１６と交差する方向（図面のｙ軸方向）に沿って複数形成される。
【００２９】
そして，カソード電極１６には，これと電気的に連結できるように少なくとも一部がカソード電極１６に接触して位置する電子放出部１８が形成される。電子放出部１８は，第１基板１０上に設定される画素領域に対応してそれぞれ設けられることができるが，本実施形態において，画素領域は第１ゲート電極１２とカソード電極１６の交差領域によって定義することができる。上記電子放出部１８は，図示したように，各画素位置に合わせてカソード電極１６の一側縁部に位置しかつカソード電極１６に少なくとも一側面が取り囲まれるように形成され得る。
【００３０】
本実施形態において，電子放出部１８は，電界が加わると電子を放出する物質，例えばカーボン系物質またはナノメートルサイズの物質から構成される。電子放出部１８として使用することが好ましい物質としては，カーボンナノチューブ，グラファイト，グラファイトナノファイバ，ダイアモンド，ダイアモンドライクカーボン，Ｃ６０，シリコンナノワイヤのいずれか一つ又はこれらの組み合わせ物質があり，その製造法としてはスクリーン印刷，化学気相成長，直接成長またはスパッタリングなどを適用することができる。
【００３１】
上記カソード電極１６と第１絶縁層１４上には第２絶縁層２２が形成され，第２絶縁層２２上には第３電極としての第２ゲート電極２４が形成される。第２絶縁層２２および第２ゲート電極２４は，電子放出部１８を露出させる開口部２２ａおよび開口部２４ａをそれぞれ有する。第２ゲート電極２４は，図示のように，第２絶縁層２２上に所定のパターン，例えばストライプ状をしており，お互い任意の間隔をおいて第１基板１０の一方向（図面のｙ軸方向）に沿って複数形成される。
【００３２】
上記第２ゲート電極２４は，後述するように，第１ゲート電極１２と電気的に連結されて第１ゲート電極１２と同一の電圧を印加され，第１ゲート電極１２とともに，電子放出部１８から電子放出に必要な電界を形成する役割をする。このような第２ゲート電極２４は，第１ゲート電極１２と一対一で対応するように，第１ゲート電極１２の位置に合わせて第１ゲート電極１２と平行に配置されることが好ましい。
【００３３】
そして，第１基板１０上には，第１ゲート電極１２の電界を第１絶縁層１４上に引き上げる第４電極としての対向電極２０が位置する。対向電極２０は，カソード電極１６との間で電子放出部１８と任意の間隔をおいて位置し，図２に示したように，第１絶縁層１４のビアホール１４ａを介して第１ゲート電極１２に接触してこれと電気的に連結される。このような対向電極２０は，電子放出部１８と同様に，第１基板１０上に設定された画素領域に対応してそれぞれ設けられることができ，その一部が第１絶縁層１４上に形成されてカソード電極１６と同一の層に位置する。
【００３４】
上記第２絶縁層２２の開口部２２ａおよび第２ゲート電極２４の開口部２４ａは，第１基板１０上に設定された画素領域に対応してそれぞれ設けられることができ，電子放出部１８とともに対向電極２０の一部または全体を露出させるように形成される。図面では，第２絶縁層２２の開口部２２ａおよび第２ゲート電極２４の開口部２４ａが四角の平面形状を有する場合を示したが，開口部２２ａおよび開口部２４ａの平面形状とその個数は図示例に限定されず，様々に変更可能である。
【００３５】
上記第２ゲート電極２４は，電子放出部１８により近く位置するほど電子放出部１８に及ぼす電界の強さを大きくすることができる。よって，第２絶縁層２２および第２ゲート電極２４は，できる限り小さいサイズの開口部２２ａおよび開口部２４ａを有することが好ましい。一例として，第２絶縁層２２および第２ゲート電極２４の開口部２２ａおよび開口部２４ａは，その中心に電子放出部１８が位置するようにするとともに，電子放出部１８に対向する対向電極２０の一部分のみを露出させるように形成できる。
【００３６】
上記それぞれの第２ゲート電極２４は，これに対応する第１ゲート電極１２と電気的に連結される構成を有する。このような構成を実現するための具体的な実施形態を図３に示した。
【００３７】
図３は第１ゲート電極１２と第２ゲート電極２４の端部を示す電子放出素子の部分斜視図である。図３を参照すると，第１ゲート電極１２はその端部が第１絶縁層１４および第２絶縁層２２の外に露出するように形成され，第２ゲート電極２４はその端部が第２絶縁層２２の側面および第１絶縁層１４の側面を経て，第１ゲート電極１２の上面に至るように延長されることにより，第１ゲート電極１２と接触することによってこれと電気的に連結され得る。
【００３８】
このように第１基板１０上には，電子放出部１８とともに，電子放出部１８の電子放出を制御する電子引出電極が位置するが，本実施形態において，電子引出電極は，カソード電極１６と，カソード電極１６に対してカソード電極１６の下方と上方にそれぞれ位置する第１ゲート電極１２および第２ゲート電極２４と，カソード電極１６と同一の層に位置する対向電極２０とから構成される。このようにして，第１ゲート電極１２，第２ゲート電極２４および対向電極２０は，サンドイッチ状に配置され，電子放出素子の駆動の際に電子放出部１８の下部，上部および側部にてそれぞれ同時に電子放出に必要な電界を形成する。
【００３９】
なお，カソード電極１６と，電子放出部１８を介してサンドイッチ状に配置され，電子放出素子の駆動の際に電子放出部１８の下部，上部および側部にてそれぞれ同時に電子放出に必要な電界を形成する第１ゲート電極１２と，第２ゲート電極２４と，対向電極２０と，を電子引出電極ともいう。
【００４０】
また，カソード電極１６を走査電極，第１ゲート電極１２を第１データ電極，第２ゲート電極２４を第２データ電極，対向電極２０を第３データ電極ともいう。
【００４１】
一方，上記において電極間の絶縁のために提供される第１絶縁層１４および第２絶縁層２２は，異種物質，より詳しくは，任意のエッチング液又はエッチングガスに対して互いに異なるエッチング率を有する物質から構成される。このようなエッチング率の差異は，第２絶縁層２２を部分エッチングして開口部２２ａを形成するとき，第１絶縁層１４がともにエッチングされてその形態が損傷することを防止するためのものであり，好ましくは，第２絶縁層２２のエッチング液又はエッチングガスに対し，第１絶縁層１４のエッチング率は第２絶縁層２２のエッチング率の１／３倍以下である。
【００４２】
第２絶縁層２２とカソード電極１６も任意のエッチング液またはエッチングガスに対して互いに異なるエッチング率を有する物質から構成される。このエッチング率の差異も，第２絶縁層２２を部分エッチングして開口部２２ａを形成するとき，カソード電極１６がともにエッチングされてその形態が損傷することを防止するためのものであり，好ましくは，第２絶縁層２２のエッチング液またはエッチングガスに対し，カソード電極１６のエッチング率は第２絶縁層２２のエッチング率の１／１０倍以下である。
【００４３】
一例として，第２絶縁層２２がフッ化水素ＨＦ含有エッチング液によってエッチングされて開口部２２ａを形成するとき，カソード電極１６の構成物質は上記エッチング率の条件を満足する金属，例えばアルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ）のいずれか一つから構成できる。
【００４４】
この際，対向電極２０も，カソード電極１６と同様に，その一部が第２絶縁層２２の開口部２２ａによって露出する構造で構成されるので，対向電極２０も第２絶縁層２２のパターニング過程でその形態が損傷することを防止するためには，第２絶縁層２２のエッチング液またはエッチングガスに対してカソード電極１６と同一のエッチング率条件を満足するように形成される。すなわち，対向電極２０は，好ましくは前述したカソード電極１６の構成物質と同一の物質から構成される。
【００４５】
次に，第１基板１０に対向する第２基板３０の一面には，蛍光層３２，例えば赤色，緑色および青色の蛍光層が任意の間隔で形成され，蛍光層３２の間に画面のコントラスト向上のための黒色層３４が形成できる。蛍光層３２と黒色層３４の上には，蒸着による金属膜（例えばアルミニウム膜）からなるアノード電極３６が形成される。アノード電極３６は外部から電子ビームの加速に必要な電圧を印加され，メタルバック（ｍｅｔａｌ  ｂａｃｋ）効果によって画面の輝度を高める役割を果たす。
【００４６】
一方，アノード電極は，金属膜ではない透明な導電膜，例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜から構成できる。この場合，第２基板３０上に，透明な導電膜からなるアノード電極（図示せず）を先ず形成し，その上に蛍光層３２と黒色層３４を形成し，必要に応じて蛍光層３２と黒色層３４上に金属膜を形成して画面の輝度向上に利用することができる。このようなアノード電極は第２基板３０全体に形成されるか，或いは所定のパターンに区分されて複数形成される。
【００４７】
上記構成を有する第１基板１０と第２基板３０は，第２ゲート電極２４とアノード電極３６が向かい合った状態で任意の間隔をおいてその周りに塗布されるフリット（ｆｒｉｔ）のようなシーリング部４０（図３参照）によって接合され，その間に設けられる内部空間にて排気を行うことにより，内部空間を真空状態に保つことによって電子放出素子を構成する。この際，第１基板１０と第２基板３０間の非発光領域には多数のスペーサ４２（図２参照）が配置され，これにより両基板（第１基板１０および第２基板３０）間の間隔を一定に保たせる。
【００４８】
このように構成される電子放出素子において，カソード電極１６と第１ゲート電極１２に所定の駆動電圧を印加すると，第２ゲート電極２４と対向電極２０が第１ゲート電極１２と電気的に連結されていることにより，これらの電極にも第１ゲート電極１２と同一の駆動電圧が印加される。一例として，上記カソード電極１６には数〜数十Ｖの（−）走査電圧が印加され，第１ゲート電極１２には数〜数十Ｖの（＋）データ電圧が印加されて，カソード電極１６が走査電極として用いられ，第１ゲート電極１２および第２ゲート電極２４がデータ電極として用いられる。走査電圧とデータ電圧の数値は前述した例に限定されず，様々に変更可能である。
【００４９】
したがって，カソード電極１６と第１ゲート電極１２間の電位差によって電子放出部１８の下部で電子放出のための電界が形成され，カソード電極１６と対向電極２０間の電位差によって電子放出部１８の側部で電子放出のための電界が形成され，カソード電極１６と第２ゲート電極２４間の電位差によって電子放出部１８の上部で電子放出のための電界が同時に形成されて，これから電子が放出される。そして，放出された電子は，アノード電極３６に印加された高電圧に引かれて第２基板３０を向かいながら該当画素の蛍光層３２に衝突し，これを発光させる。
【００５０】
上記電子放出部１８に印加される電界と電子放出量との関係を述べるファウラー・ノードハイム（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）式によれば，電子放出量は，電界の強さに対して指数関数的に増加する関係をもつ。カソード電圧を０Ｖとし，アノード電圧による電界放出効果が微々であると仮定すると，本実施形態において，電子放出部１８に加わる電界の強さ（Ｅ）はゲート電圧Ｖｇに対して次の関係式をもつ。
【００５１】
【数１】
2006073526.tif 000003
ここで，β１は第１ゲート電極１２による比例定数であり，β２は対向電極２０による比例定数であり，β３は第２ゲート電極２４による比例定数を示す。
【００５２】
このように，本実施形態の電子放出素子では，カソード電極１６との電位差を用いて電子放出に必要な電界を形成する電極が３個あり，これらの３個の電極はそれぞれ異なる層に位置して電子放出部１８の上部，下部および側部で電界を同時に形成する。これにより，本実施形態の電子放出素子は，従来の電子放出素子と同一のゲート電圧Ｖｇを使用する条件で電子放出部１８に加えられる電界の強さを極大化することができ，結果として駆動電圧を高めなくても電子放出量を増加させるという効果をもつ。
【００５３】
特に，上記において，電子放出量の増加率は第２ゲート電極２４による比例定数β３が大きくなるほど大きくなる関係を有する。そして，β３は一般に第２ゲート電極２４が電子放出部１８に近く位置するほど大きくなる。したがって，これを考慮し，第２絶縁層２２および第２ゲート電極２４は前述したように開口部２２ａおよび開口部２４ａの大きさをできる限り小さくして電子放出量の増加率を最大化する構造を成す。
【００５４】
図４はカソード−ゲート電極間の電圧差（Ｖｃｇ）による平均電流（ＩＡ）特性を示すグラフであって，実施例１，実施例２および比較例の曲線がそれぞれ該当電圧条件で発生する電子放出量を示す。実験に使用された電子放出素子において，アノード電圧は７００Ｖであり，電子放出部１８と対向電極２０間の距離は約平均３０μｍである。
【００５５】
図４において，実施例１は第２ゲート電極２４にｘ軸およびｙ軸方向に沿ってそれぞれ４０＞９０μｍサイズの開口部２４ａを形成した場合であり，実施例２は第２ゲート電極２４にｘ軸およびｙ軸方向に沿ってそれぞれ１００＞１２０μｍサイズの開口部２４ａを形成した場合であり，比較例は第２絶縁層と第２ゲート電極を形成していない場合である。
【００５６】
図４を参照すると，第２ゲート電極２４が小さいサイズの開口部２４ａを形成するほど小さい駆動電圧にて電子放出量が増加することが分かり，目的とする水準の電子放出量を得るための実施例１の駆動電圧は比較例および実施例２と比較して相対的に減少したことが分かる。
【００５７】
したがって，本実施形態の電子放出素子の構成によれば，駆動電圧を高めなくても電子放出量を大幅に増加させることができる。これにより，消費電力を低減することができるとともに，高価な駆動ドライバを使用する必要がないので，製品製造時のコストダウンを図ることができる。
【００５８】
次に，図５ａ〜図５ｅを参照して本発明の一実施形態に係る電子放出素子の製造方法について説明する。
【００５９】
まず，図５ａに示すように，第１基板１０上に第１基板１０の一方向に沿って第１ゲート電極１２をストライプパターンに形成し，第１ゲート電極１２を覆いながら第１基板１０の全体に第１絶縁層１４を形成する。第１絶縁層１４はスクリーン印刷を数回繰り返し行って形成することができる。そして，対向電極を形成するために，第１絶縁層１４上にフォトレジストパターンを形成し，これにより第１絶縁層１４を部分エッチングしてビアホール１４ａを設けた後，フォトレジストパターンを剥離して除去する。
【００６０】
次に，図５ｂに示すように，第１絶縁層１４上に導電膜を形成し，これをパターニングしてカソード電極１６と対向電極２０を形成する。カソード電極１６と対向電極２０の構成物質としては，後続の第２絶縁層のエッチング工程と高温焼成工程を考慮し，第２絶縁層エッチング率の１／１０倍以下のエッチング率を有しかつ熱による酸化または劣化の少ない材料を使用する。これを満足するカソード電極１６と対向電極２０の構成物質としてはアルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ）またはモリブデン（Ｍｏ）などが挙げられる。
【００６１】
次いで，図５ｃに示すように，カソード電極１６と対向電極２０が設けられた第１絶縁層１４上に第２絶縁層２２を形成する。第２絶縁層２２は，第１絶縁層１４とのエッチング率の差異が大きい絶縁物質，好ましくは任意のエッチング液又はエッチングガスに対して第１絶縁層１４のエッチング率より３倍以上大きいエッチング率を有する物質で形成する。
【００６２】
その後，第２絶縁層２２上に導電膜を形成し，これをパターニングして第１ゲート電極１２と平行なストライプ状を有しかつその内部に開口部２４ａを有する第２ゲート電極２４を形成する。この際，第１ゲート電極１２の端部が第１絶縁層１４および第２絶縁層２２の外に露出するように第１絶縁層１４および第２絶縁層２２を形成し，第２ゲート電極２４の端部が第１絶縁層１４および第２絶縁層２２の側面を経て第１ゲート電極１２の上面に亘って形成されるように第２ゲート電極２４を形成することにより，第１ゲート電極１２および第２ゲート電極２４が電気的に連結されるようにする。
【００６３】
次に，エッチング液またはエッチングガスを用いて第２絶縁層２２を部分エッチングすることにより，図５ｄに示すように，開口部２２ａを形成する。上記開口部２２ａを形成するときには，一例としてフッ化水素（ＨＦ）含有エッチング液を使用することができる。この際，第２絶縁層２２のエッチング液に対する第１絶縁層１４のエッチング率は第２絶縁層２２のエッチング率の１／３倍以下なので，第２絶縁層２２をエッチングして開口部２２ａを形成するとき，第１絶縁層１４の損傷を最小化することができる。
【００６４】
また，前述した第２絶縁層２２のエッチング液に対してカソード電極１６および対向電極２０のエッチング率が第２絶縁層２２のエッチング率の１／１０倍以下なので，第２絶縁層２２を部分エッチングして開口部２２ａを形成するとき，カソード電極１６と対向電極２０の損傷を最小化することができる。
【００６５】
次に，図５ｅに示すように，カソード電極１６の一側縁部に電子放出物質，たとえばカーボンナノチューブ，グラファイト，グラファイトナノファイバ，ダイアモンド，ダイアモンドライクカーボン，Ｃ６０およびシリコンナノワイヤのいずれか一つまたはこれらの組み合わせ物質を塗布して電子放出部１８を形成する。
【００６６】
上記電子放出部１８を形成する際には，上記電子放出物質にビヒクル，バインダなどの有機物を混合して印刷に適した粘度を有するペーストを製作し，これをスクリーン印刷，乾燥および焼成する過程が適用できる。また，上記ペーストに感光性物質を含ませ，感光性ペーストを第１基板１０の全体にわたってスクリーン印刷した後，フォトマスク（図示せず）を介在した状態で露光によってこれを部分的に硬化させた後現像する過程が適用できる。
【００６７】
上記過程を経て完成した第１基板１０は，蛍光層３２，黒色層３４およびアノード電極３６が形成された第２基板３０と組み立てられ，その内部空間にて排気を行うことにより，電子放出素子を構成する。上記第２基板３０に対する蛍光層３２，黒色層３４およびアノード電極３６の製造工程と，２つの基板（第１基板１０および第２基板３０）の組立工程については詳細な説明を省略する。
【００６８】
このように本発明の一実施形態に係る電子放出素子によれば，駆動電圧を高めなくても電子放出量を大きく増加させることができる。その結果，本発明の一実施形態に係る電子放出素子によれば，画面の輝度と色再現率を向上させることができるとともに，消費電力を低減することができる。また，高価な駆動ドライバを使用する必要がないので，製品製造時のコストダウンを図ることができる。
【００６９】
以上，本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は，これに限定されるものでなく，特許請求の範囲，発明の詳細な説明および添付図面の範囲内から逸脱することなくいろいろの変形実施が可能である。これらの変形実施も本発明の範囲に属するのは当然のことである。言い換えれば，上記では電子放出素子としてＦＥＡ型電子放出素子を挙げて説明したが，本発明はＦＥＡ型に限定されず，様々に変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子放出素子を示す部分分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子放出素子の部分断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電子放出素子の第１ゲート電極と第２ゲート電極の端部を示す部分斜視図である。
【図４】カソード−ゲート電極間の電圧差（Ｖｃｇ）による平均電流（ＩＡ）特性を示すグラフである。
【図５ａ】本発明の一実施形態に係る電子放出素子の製造方法を説明するために示した第１段階の概略図である。
【図５ｂ】本発明の一実施形態に係る電子放出素子の製造方法を説明するために示した第２段階の概略図である。
【図５ｃ】本発明の一実施形態に係る電子放出素子の製造方法を説明するために示した第３段階の概略図である。
【図５ｄ】本発明の一実施形態に係る電子放出素子の製造方法を説明するために示した第４段階の概略図である。
【図５ｅ】本発明の一実施形態に係る電子放出素子の製造方法を説明するために示した第５段階の概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    第１基板
１２    第１ゲート電極
１４    第１絶縁層
１６    カソード電極
１８    電子放出部
２０    対向電極
２２    第２絶縁層
２２ａ  開口部
２４    第２ゲート電極
２４ａ  開口部
３０    第２基板
３２    蛍光層
３４    黒色層
３６    アノード電極
４０    シーリング部
４２    スペーサ
【図１】
2006073526.tif 000004
【図２】
2006073526.tif 000005
【図３】
2006073526.tif 000006
【図４】
2006073526.tif 000007
【図５ａ】
2006073526.tif 000008
【図５ｂ】
2006073526.tif 000009
【図５ｃ】
2006073526.tif 000010
【図５ｄ】
2006073526.tif 000011
【図５ｅ】
2006073526.tif 000012