(57)【要約】【課題】電界集中度を大きく劣化させることなく簡単な方法で形成できるとともに、先鋭かつ均一性が高く、しかも機械的強度の大きい電界放出型の電子放出素子、およびこれを備えた平面表示装置を提供する。【解決手段】電子放出素子２２は、基板１２と、基板上に設けられたカソード電極２４と、絶縁体あるいは半導体により基板上に形成されているとともに、基板の表面に対しある角度を持って起立した側壁３１を有する支持体３０と、支持体の側壁上に形成されたエミッタ３４と、エミッタエッジ部に電圧を印加するゲート電極２８と、を有している。エミッタは、カソード電極に電気的に接続された接続部と、基板と反対側に位置したエミッタエッジ部とを有している。【選択図】      図３
2008171569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられたカソード電極と、
絶縁体あるいは半導体により前記基板上に形成されているとともに、前記基板の表面に対しある角度を持って起立した側壁を有する支持体と、
前記支持体の側壁上に形成されているとともに、前記カソード電極に電気的に接続された接続部と、前記基板と反対側に位置したエミッタエッジ部とを有するエミッタと、
前記エミッタエッジ部に電圧を印加するゲート電極と、
を備えた電子放出素子。
【請求項２】
前記支持体の側壁は、前記基板表面に対して、４５〜９０度の角度を成している請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記支持体の側壁は、前記基板表面に対して、４５〜９０度の角度を成している請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記支持体の側壁は、前記基板表面に対しほぼ垂直に延出している請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記支持体は、前記基板表面上に立設された立体構造体である請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記エミッタエッジ部は、前記支持体と接触している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記エミッタエッジ部は、前記支持体の側壁から突出している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項８】
前記エミッタは、前記エミッタエッジ部が５ｎｍ以内の厚さに形成されたエミッタ薄膜で形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項９】
前記エミッタはエミッタ薄膜より形成され、前記エミッタエッジ部は、前記基板の表面と交差する方向に凹凸が形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記エミッタエッジ部の凸部は、一部が鋭角を持つように尖っている請求項９に記載の電子放出素子。
【請求項１１】
前記エミッタは、カーボン系材料、酸化物系材料、半導体材料、金属材料のいずかにより形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１２】
前記エミッタは、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、あるいはＰＶＤにより前記支持体の側壁上に形成された薄膜により構成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の電子放出素子を複数有するカソード基板と、  
前記電子放出素子より放出された電子を加速するアノード電極と、  
前記カソード基板と対向配置され、前記アノード電極により加速された電子により発光する蛍光面を有するアノード基板と、を備えた平面表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エミッタ先端部を先鋭な形状とした電子放出素子、およびこれを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電子源として種々の方式が提案されている。その中でも、近年、平面表示装置用の電子源として電界放出型の冷陰極、いわゆるフィールドエミッターが数多く提案されている。このような電界放出型の電子放出素子の主なものとして、先鋭型エミッタ、線状エミッタ、板状エミッタ等が数多く提案されている。
【０００３】
先鋭型エミッタは、微小でかつ先端の尖った三角錐、四角錐、円錐等の形状よりなる先鋭に形成されている（例えば、特許文献１）。カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等に代表される線状エミッタは、長さと太さあるいは長さと直径との比で定義されるアスペクト比が非常に大きい、針状、チューブ状、ワイヤー状の形状を有している（例えば、特許文献２）。
【０００４】
また、カーボンナノウォール等の板状エミッタは、シート状物質の表面が基板とほぼ垂直になるように形成され、そのエッジ部への電界集中を利用して電子を放出する。
【特許文献１】特開２００２−３１９３４６号
【特許文献２】特開昭５０−０３５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微小でかつ先端の尖った先鋭型エミッタは、垂直蒸着等の方法によりエミッタ物質を堆積してコーン形状を形成する方法や、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の方法によりエミッタ物質を削り取ることによりコーン形状を形成する方法により形成されている。しかしながら、いずれの方法でも、エミッタ先端部の高さや先鋭度を揃えることが非常に困難であり、均一性の高い複数の電子源を同時に作成することが非常に難しい。
【０００６】
線状エミッタは、均一な長さ、均一な太さに形成することが難しく、また、線状エミッタを基板に垂直に、かつ適当な間隔をもって等間隔に並べることも難しい。また、線状エミッタは、先端部の高さを揃えることが困難であること等の問題があり、やはり均一性の高い複数電子放出素子を同時に形成することが難しい。
【０００７】
カーボンナノウォール等の板状エミッタにおいても、基板に垂直にかつ適当な間隔をもって等間隔に並べることが困難であること、基板上に直接板状エミッタを成長させる場合に、等間隔にかつ高さを揃えて成長させることが難しい。  
上述した各種のエミッタでは、電界集中を大きくするために先鋭化すればするほど機械的強度が下がるという問題がある。
【０００８】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、電界集中度を大きく劣化させることなく簡単な方法で形成できるとともに、先鋭かつ均一性が高く、しかも機械的強度の大きい電界放出型の電子放出素子、およびこれを備えた平面表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の態様に係る電子放出素子は、基板と、前記基板上に設けられたカソード電極と、絶縁体あるいは半導体により前記基板上に形成されているとともに、前記基板の表面に対しある角度を持って起立した側壁を有する支持体と、前記支持体の側壁上に形成されているとともに、前記カソード電極に電気的に接続された接続部と、前記基板と反対側に位置したエミッタエッジ部とを有するエミッタと、前記エミッタエッジ部に電圧を印加するゲート電極と、を備えている。
【００１０】
この発明の他の態様に係る表面表示装置は、上記電子放出素子を複数有するカソード基板と、前記電子放出素子より放出された電子を加速するアノード電極と、前記カソード基板と対向配置され、前記アノード電極により加速された電子により発光する蛍光面を備えたアノード基板と、を具備している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の態様によれば、電界集中度を大きく劣化させることなく簡単な方法で形成できるとともに、先鋭かつ均一性が高く、しかも機械的強度の大きい電界放出型の電子放出素子、およびこれを備えた平面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】
【００１２】
以下図面を参照しながら、この発明の第１の実施形態に係る電子放出素子を備えた平面表示装置について詳細に説明する。  
図１および図２に示すように、表示装置は、それぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は所定の間隔で対向配置されている。背面基板１２は前面基板１１よりも大きな寸法に形成されている。前面基板１１および背面基板１２は、矩形枠状の側壁１８を介して周縁部同士が接合され、内部が真空状態に維持された偏平な矩形状の外囲器１０を構成している。背面基板１２と側壁１８、および前面基板１１と側壁１８は、低融点ガラス１９、２１で形成された封着層により封着され、互いに接合されている。
【００１３】
外囲器１０の内部には、前面基板１１および背面基板１２に加わる大気圧荷重を支えるため、複数の板状の支持部材１４が設けられている。これらの支持部材１４は、外囲器１０の一辺と平行な方向にそれぞれ延在しているとともに、上記一辺と直交する方向に沿って所定の間隔を置いて配置されている。
【００１４】
図２および図３に示すように、アノード基板として機能する前面基板１１の内面には、蛍光面として機能する蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、緑、青の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、およびこれらの蛍光体層間に位置した黒色光吸収層を並べて構成されている。蛍光体スクリーン１６上には、例えば、アルミニウムからなりアノード電極として機能するメタルバック層１７が形成され、更に、メタルバック層に重ねてゲッタ層２３が形成されている。
【００１５】
図２および図３に示すように、カソード基板として機能する背面基板１２の内面上には、電子源として機能する複数の電子放出素子２２が設けられている。詳細に述べると、背面基板１２の内面上には、金属よりなる厚さ数百ｎｍ程度のカソード電極２４が形成されている。カソード電極２４に重ねて、背面基板１２の内面上には、例えば、ＳｉＯ２からなる絶縁体層２６がほぼ全面に渡って形成さている。絶縁体層２６には、それぞれ画素と対応する位置に、多数のキャビティ２５が形成されている。
【００１６】
各キャビティ２５内において、背面基板１２の内面上、ここでは、カソード電極２４上には、絶縁体層あるいは半導体層で形成された支持体３０が立設され電子放出素子２２の中央付近に位置している。支持体３０は、立体構造、例えば、角柱形状に形成されている。例えば、ＳｉＯ２の絶縁体層で形成された支持体３０は、背面基板１２の表面に対しある角度θを持って起立した一対の側壁３１を有している。各側壁３１の角度θは、４５〜９０度、望ましくは、６０〜９０度に形成されている。本実施形態においては、側壁３１は、背面基板１２の表面に対しほぼ垂直に延出している。
【００１７】
支持体３０の一方の側壁３１上には、例えば、モリブデンからなるエミッタ膜３４が形成されている。エミッタとして機能するエミッタ膜３４は、電子放出素子１のほぼ中心付近に位置するように形成されている。エミッタ膜３４は、支持体３０の側壁３１に垂直な方向がその厚さ方向になるように形成され、その幅、高さに対し厚みが小さい略２次元構造を有している。支持体３０は、エミッタ膜３４の形状形成及び形状維持のためのガイドとして使用され、側壁３１に沿ってエミッタ膜を形成することにより、背面基板１２表面に略垂直でかつ、その厚さに対して高さが非常に大きい高アスペクト比を持つエミッタが得られる。エミッタ膜３４は、例えば、支持体３０の側壁３１に対応した矩形状に形成されている。
【００１８】
エミッタ膜３４の一端部、すなわち、背面基板１２側の端部は接続部３４ａを構成し、カソード電極２４に電気的に接合されている。エミッタ膜３４の他端部、すなわち、支持体３０の自由端側に位置した端部は、エミッタエッジ部３４ｂを形成している。エミッタエッジ部３４ｂの位置は、支持体３０の高さにより規定されている。本実施形態では、エミッタ膜３４の高さは１μｍ、厚さは１０ｎｍに形成され、アスペクト比１００のエミッタが形成されている。エミッタエッジ部３４ｂは平坦に形成され、支持体３０の延出端に沿って、基板１２の表面とほぼ平行に延びている。エミッタエッジ部３４ｂ近傍では、エミッタ膜３４の膜厚が徐々に薄くなり、５ｎｍ以下の厚さとなっている。このエミッタエッジ部３４ｂは、支持体３０の側壁に接触し、支持体により支持されている。
【００１９】
図３および図４に示すように、絶縁体層２６上には、モリブデンやニオブ等からなるゲート電極２８が形成されている。ゲート電極２８は、エミッタ膜３４の両側に位置し、エミッタエッジ部３４ｂに電圧を印加する。
【００２０】
電子放出素子２２のカソード電極２４およびゲート電極２８は、それぞれ直交する方向にストライプ状に形成されている。図１に示すように、背面基板１２の周縁部には、これらカソード電極２４およびゲート電極２８に電位を供給する多数本の配線２１が形成されている。
【００２１】
上記のように構成された電子放出素子２２によれば、例えば、カソード電極２４をグラウンドとし、ゲート電極２８に数Ｖ〜十Ｖの正電位を与えると、エミッタ膜３４のエミッタエッジ部３４ｂに電界が集中し、ある閾値を越えると電界電子放出が起こる。これらの電子放出素子２２から放出された電子ビームは、メタルバック層１７に印加されたアノード電圧により加速され、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起して発光させる。これにより、画像が表示される。
【００２２】
次に、上記構成を有する電子放出素子２２の製造方法について説明する。本実施形態に係る電子放出素子２２は、図５（ａ）〜５(j)に示すプロセスにより作成される。  
まず、図５（ａ）に示すように、背面基板となる薄板状のガラス基板１２上に、金よりなるカソード電極２４を蒸着あるいはスパッタにより形成する。カソード電極２４に重ねて、ガラス基板１２上に、ＳｉＯ２よりなる厚さ約１μｍの絶縁膜２６ａを形成する。絶縁膜２６ａ上にレジスト層を形成した後、リソグラフィー技術によりレジスト層のうち不要部分を除去し、絶縁体層よりなる支持体３０を設けたい位置にマスク層４０を形成する。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁層２６ａ上にＳｉＯ２よりなる絶縁膜２６ｂを積層する。絶縁膜２６ｂ上でゲート電極２８を形成する位置に、リソグラフィー技術によりマスク層４２を形成する。続いて、図２（ｃ）に示すように、マスク層４０、４２をマスクとして、反応性イオンエッチング等の方法により絶縁層２６ａ、２６ｂを異方性エッチングし、絶縁層２６にキャビティ２５を形成するとともに、絶縁体層よりなる支持体３０を形成する。
【００２４】
その後、図２（ｄ）に示すように、支持体３０の外面、キャビティ２５内面および、マスク４０に重ねてレジスト層４４を積層する。図２（ｅ）に示すように、エミッタを形成したい位置をフォトマスク４５によりカバーした状態で、レジスト層４４を露光する。その後、レジスト層４４を現像し、図２（ｆ）に示すようにフォトマスク４５によりカバーされ露光されなかった部分のレジストを剥離する。次いで、図２（ｇ）に示すように、フッ化水素酸溶液を用いたウェットエッチングにより、支持体３０の側面部をサイドエッチングし、ひさし構造部４６を形成する。
【００２５】
続いて、図２（ｈ）に示されたように、スパッタによりエミッタ材の薄膜を形成する。この際、スパッタ源から飛散した粒子がガラス基板１２の表面に斜め方向から入射するように設定し、支持体３０の一方の側壁、カソード電極２４、キャビティ２５内面上にエミッタ膜を成膜する。飛散した粒子は、指向性を有しているが、全粒子が完全に平行に飛散するわけではなく、全体の飛散方向に対し垂直な速度成分を持つ粒子も混在している。そのため、ひさし構造部４６で遮蔽される境界が明確な線とはならず、形成されたエミッタ膜のエミッタエッジ部３４ｂ近傍では、図４に示したように、膜厚が徐々に薄くなる構造とすることが出来る。エミッタエッジ部３４ｂの位置は、厳密には支持体３０の頂部には完全には一致せず、頂部よりわずかに離れた場所に位置する。その位置はひさし構造部４６の突出量によって制御される。
【００２６】
その後、図２（ｉ）に示すように、レジスト剥離液によりひさし構造部３４、レジスト４４、およびレジスト層上に形成されたエミッタ膜をリフトオフする。最後に、図２（ｊ）に示すように、絶縁層２６上にゲート電極９を形成する。これにより、電子放出素子２２が形成される。
【００２７】
以上のように構成された電子放出素子を備えた表示装置によれば、絶縁体層により形成された支持体の側壁部が、エミッタ形状形成のガイドとなっており、側壁部高さによりエミッタ高さが規定されている。そして、電子放出素子は、エミッタエッジ部でのエミッタ材の厚さが電界集中のための先鋭度を規定する構造となる。そのため、非常に簡単な方法にて、先鋭かつ均一性の高い電界放出型の電子源を提供することが出来る。支持体によりエミッタの形状を維持するとともにエミッタを支持した構成であるため、電界集中係数を上げるためにエミッタ膜の厚みを小さくし先鋭度を上げた場合でも、エミッタの機械的強度を維持することができる。
【００２８】
エミッタエッジ部の一部が５ｎｍ以下の厚さを有する構造とすることにより、エミッタエッジ部の特に膜厚の小さい領域に電界を集中させることができ、その部分の膜厚を制御することにより、電界集中係数をコントロールし、電子放出量を規定することが出来る。
【００２９】
本実施形態において、支持体３０の高さと、エミッタ膜３４の高さとはほぼ一致するように形成されているが、エミッタエッジ部３４ｂの電界強度は、支持体が無い場合と比較して若干小さくなる。同一高さ同一厚さのエミッタ膜３４を支持体の支え無しで形成した場合の最大電界強度を電界計算により計算し、本実施形態に係る電子放出素子２２の最大電界強度と比較した。図６は、本実施形態に係る電子放出素子２２の電界強度の等電位線を示し、図７は、比較例に係る支持体を持たないエミッタの電界強度の等電位線を示している。これらの比較から分かるように、本実施形態に係る電子放出素子の電界強度は、非対称性が出てくるものの、比較例に比べて３０％小さくなる程度であり許容範囲となる。従って、本実施形態によれば、支持体を設け、この支持体によりエミッタ膜を支持する構成とすることにより、支持体を持たないエミッタと同程度の電界強度が得られる電子放出素子を非常に容易な方法で形成ことが可能となる。
【００３０】
以上のことから、本実施形態によれば、電界集中度を大きく劣化させることなく簡単な方法で形成できるとともに、先鋭かつ均一性が高く、しかも機械的強度の大きい電界放出型の電子放出素子を提供することができる。また、このような電子放出素子を使用することにより、面内の輝度均一性が高い大型の平面表示装置を低コストかつ高歩留まりで提供することができる。
【００３１】
次に、この発明の第２の実施形態に係る電子放出素子を備えた平面表示装置について説明する。第２の実施形態において、電子放出素子２２は第１の実施形態とほぼ同様な構造を有している。図８に示したように、第２の実施形態によれば、エミッタエッジ部３４ｂの位置が、絶縁体層よりなる支持体３０の頂部と一致している。また、エミッタ膜３４の高さは１μｍ、厚さは１０ｎｍとしているが、エミッタエッジ部３４ｂ近傍でも徐々に膜厚が薄くなることなく、略１０ｎｍの厚さを保っている。エミッタの最大電界強度となる点は、支持体３０と接していない側のエミッタ角部３４ｃとなる。第２の実施形態において、電子放出素子２２の他の構成は第２の実施形態と同一である。
【００３２】
本実施形態の電子放出素子２２は、第１の実施形態とほぼ同様の方法により形成することができる。図９（ａ）〜図９（ｉ）は、形成プロセスを示している。図９（ａ）〜図９（ｆ）に示すプロセスは、図５（ａ）〜（ｆ）に示したプロセスに相当し、ウェットエッチングによるひさし構造部の形成プロセスが無いことを除き第１の実施形態１と同じである。
【００３３】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、スパッタによりエミッタ膜３４を成膜しているが、図９（ｇ）に示すように、ひさし構造部が無いため、エミッタ膜は、支持体３０の頂部までほぼ同一膜厚で成膜される。その後、図９（ｈ）に示すように、レジスト剥離液により不要部分に形成されたエミッタ膜およびレジストをリフトオフする。これにより、エミッタエッジ部３４ｂまでほぼ同一膜厚を保ったまま、かつエミッタエッジ部の位置が支持体３０の頂部とほぼ一致するようにエミッタ膜３４が形成される。最後に、図９（ｉ）に示すように、絶縁層２６上にゲート電極２８を形成することにより、電子放出素子２２が形成される。  
第２の実施形態に係る電子放出素子および平面表示装置において、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
続いて、第３の実施形態に係る電子放出素子について説明する。図１０に示すように、電子放出素子２２は、薄板状のガラス基板１２上に、金属により厚さ数百ｎｍ程度に形成されたカソード電極２４を有している。各電子放出素子２２の中央付近に、絶縁体層により形成された支持体３０が立設されている。支持体３０は、超小型電子機械システム技術（ＭＥＭＳ技術）により作成され、基板１２の表面に略６０度の角度で傾斜した側壁３１および基板表面に垂直な他の側壁を有している。エミッタ膜３４は、側壁３１上に形成され、電子放出素子１のほぼ中心付近に位置している。
【００３５】
支持体３０の側壁３１は、エミッタとして機能するエミッタ膜３４の形状形成及び形状維持のためのガイドとして作用している。側壁３１に沿ってエミッタ膜３４を形成することにより、エミッタ膜は、ガラス基板１２の表面と略６０度の角度で交差している。これにより、厚さに対して高さが非常に大きい高アスペクト比の構造を持つエミッタが得られる。エミッタ膜３４の一端は、カソード電極２４に電気的に接合され、反対側のエミッタエッジ部３４ｂの位置は、支持体３０の高さにより規定されている。電子放出素子２２の両側には、絶縁体層２６が形成され、その上部にエミッタエッジ部７に電圧を印加するためのゲート電極２８が形成されている。
【００３６】
第３の実施形態において、電子放出素子および表面表示装置の他の構成は第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。また、支持体の側壁を基板表面に対し略垂直ではなく傾けることにより、製造工程においてエミッタ材料の膜厚の均一性を向上出来るという利点がある。
【００３７】
図１１および図１２に示すように、第４の実施形態によれば、電子放出素子２２は、ガラス基板１２の表面上に立設された絶縁体からなる支持体３０を有し、この支持体３０は、それぞれ基板表面に対してほぼ垂直に延びた一対の側壁３１を有している。本実施形態では、支持体３０の両側の側壁３１にそれぞれエミッタ膜３４が形成されている。それぞれエミッタとして機能する両エミッタ膜３４の中間が電子放出素子２２のほぼ中心付近に位置するように形成されている。電子放出素子２２の他の構成は、第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の電子放出素子の作成方法は、スパッタによるエミッタ成膜プロセスを除き第１の実施形態１とほぼ同様である。図１２に示すように、エミッタ材の薄膜がスパッタにより形成される。スパッタ源から飛散した粒子がガラス基板１２表面にほぼ垂直に入射することにより、支持体３０上にエミッタ膜３４が形成される。飛散した粒子は、ガラス基板１２表面に垂直な方向の速度成分の他に、基板に平行な速度成分も有している。そのため、ガラス基板の表面に略垂直となる両側壁３１にもエミッタ膜３４が形成される。
【００３９】
スパッタの際、前述したひさし構造部を用いることにより、エミッタエッジ部３４ｂ近傍で、エミッタの膜厚が徐々に薄くなる構造とすることが出来る。各エミッタエッジ部３４ｂの位置は、厳密には支持体３０の頂部に完全には一致せず、頂部よりわずかに離れた場所に位置している。本実施形態では、基板表面にスパッタ粒子がほぼ垂直に入射するようにして両側壁３１に同時に成膜しているが、それぞれスパッタ粒子を斜め方向から入射するようにし、片側ずつ成膜してもよい。
【００４０】
電子放出素子２２のカソード電極２４をグラウンドとし、ゲート電極２８に数Ｖ〜数十Ｖの正電位を与えると、両エミッタ膜３４から電子が放出される。第４の実施形態によれば、エミッタ膜３４が一対の側壁３１に比較的近接して形成されているため、エミッタエッジ部２３ｂの電界強度は、エミッタ膜を支持体３０の片面に形成した場合と比較して若干小さくなる。しかしながら、電子放出源となるエミッタを１素子当たり２個形成することにより、電子放出量は増加し所望の特性を得ることが出来る。
【００４１】
次に、第５の実施形態に係る電子放出素子について説明する。  
前述した第１ないし第４の実施形態では、エミッタエッジ部は、支持体の頂部に一致するか、頂部よりわずかに離れた位置に来るように形成されている。いずれの場合にも、エミッタエッジ部は、支持体に接触している。
【００４２】
一方、図１３に示すように、第５の実施形態によれば、エミッタ膜３４のエミッタエッジ部３４ｂは、絶縁体層よりなる支持体３０の頂部から突出し、支持体に非接触の構造となっている。このような構造とすることにより、第１ないし第４の実施形態と比較して、エミッタの電界集中係数を大きくすることが出来る。
【００４３】
上記構造を有する電子放出素子２２は、第３の実施形態の構造を作成した後、フッ化水素酸水溶液等により絶縁体層をエッチングし、エミッタエッジ部３４ｂを露出することにより得られる。エミッタ膜３４は、ｎｍオーダーの膜厚を有する薄膜より形成されている。そのため、エミッタエッジ部３４ｂの突出量をあまり大きく取ると機械的強度が低下する。従って、電界集中係数と、機械的強度を考慮しエミッタエッジ部の突出量を設定する。電子放出素子２２の他の構成は、第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４４】
前述した実施形態では、エミッタエッジ部は、平坦なほぼ線状に形成されているが、電界集中係数が更に大きくなるように、凹凸形状としてもよい。図１４（ａ）に示す実施形態によれば、エミッタエッジ部３４ｂの境界が凹凸に形成されている。図１４（ｂ）に示す実施形態によれば、更に電界集中係数を向上させるため、エミッタエッジ部３４ｂの凹凸の深さを大きくし、かつ一本の凸状エミッタエッジ部３４ｂに電界を集中させるため、凹凸の数を少なく、例えば、３つとしている。
【００４５】
図１４（ｃ）に示す実施形態によれば、エミッタエッジ部３４ｂは、一点に電界を集中させるため、一部が鋭角を持つように尖っている凹凸形状に形成されている。図１４（ｄ）に示す実施形態によれば、更に電界を集中させるため、エミッタエッジ部３４ｂにおける凸部の先端の角度が小さく形成され、かつ先端部の数を減らしている。
【００４６】
上記各実施形態に係るエミッタは、上記形状になるようにパターニングされたフォトマスクを用い、斜め露光することによりフォトリソグラフィーで形成することが出来る。いずれの実施形態においても、エミッタエッジ部の凸部あるいは鋭角に尖った領域に更に電界を集中させ、エミッタの電界集中係数を大きくすることが出来る。エミッタエッジ部の凸部の形状を制御することにより、電界集中係数をコントロールし、電子放出量を規定することが出来るようになる。
【００４７】
前述した実施形態では、電子放出素子の支持体は、絶縁体により形成されているが、わずかな導電性を有する高抵抗半導体により構成してもよい。支持体にわずかな導電性を持たせることにより、エミッタエッジ部付近のチャージアップを軽減することが出来、電界集中係数の低下を軽減させることが出来る。また、わずかな導電性を有する高抵抗半導体そのものを使用しなくても、絶縁体上にわずかな導電性を持たせる高抵抗物質を被覆してもよい。
【００４８】
本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４９】
上述した各実施形態では、電子放出素子の基板として薄板状のガラス基板を使用したが、基板はこれに限らず、セラミック基板、半導体基板等を使用してもよい。また、カソード電極は、金に限らず、アルミニウム、タングステン、チタン、ニッケル、白金等の他の金属を使用してもよく、その他の導電性材料にて形成してもよい。支持体および絶縁体層を形成する材料は、ＳｉＯ２に限らず、他の絶縁材料を用いても構わない。また、支持体を半導体により形成してもよい。
【００５０】
エミッタ材料は金属系のモリブデンが使用されているが、これに限るものではなく他の金属材料、例えば、酸化物系のエミッタ材料や、カーボン系のエミッタ材料、半導体材料を用いることができる。また、エミッタの材料は、構造に制限があるわけではなく、単結晶層、多結晶層、アモルファス層いずれでも良い。また、針状、チューブ状、ワイヤー状、シート状、球状等のエミッタ材料を使用することもできる。
【００５１】
エミッタ膜の形成方法は、スパッタに限るものではなく、斜め蒸着や、スプレー等、ある程度の指向性があり、基板に略垂直な側壁部に成膜出来る方法であればエミッタ材料に合わせて適宜選択可能である。エミッタ膜を真空蒸着、ＣＶＤ、あるいはＰＶＤにより薄膜状に形成している。本発明は、その形状に大きな特徴があるものであり、エミッタの形成方法には制限があるわけではなく、所望の形状が得られる方法であればいずれでも良い。電子放出素子の支持体は、基板に対して起立した側壁部を有していればよく、その形状は、直方体に限らず、他の任意な形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る平面表示装置を示す斜視図。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った平面表示装置の断面図。
【図３】図３は、電子放出素子を含む上記平面表示装置の断面図。
【図４】図４は、上記電子放出素子を拡大して示す斜視図。
【図５】図５は、上記電子放出素子の製造プロセスをそれぞれ概略的に示す断面図。
【図６】図６は、上記電子放出素子の電界強度の等電位線を示す図。
【図７】図７は、比較例に係る支持体を持たない電子放出素子の電界強度の等電位線を示す図。
【図８】図８は、この発明の第２の実施形態に係る電子放出素子を示す断面図。
【図９】図９は、上記第２の実施形態における電子放出素子の製造プロセスをそれぞれ概略的に示す断面図。
【図１０】図１０は、この発明の第３の実施形態に係る電子放出素子を示す断面図。
【図１１】図１１は、この発明の第４の実施形態に係る電子放出素子を示す断面図。
【図１２】図１２は、上記第４の実施形態に係る電子放出素子の支持体およびエミッタを拡大して示す断面図。
【図１３】図１３は、この発明の第５の実施形態に係る電子放出素子を示す断面図。
【図１４】図１４は、それぞれこの発明の他の実施形態に係る電子放出素子のエミッタエッジ部の構成を示す正面図。
【符号の説明】
【００５３】
１０…外囲器、  １１…前面基板、  １２…背面基板、  １４…支持部材、
１６…蛍光体スクリーン、  １８…側壁、  ２２…電子放出素子、
２４…カソード電極、  ２５…キャビティ、  ２６…絶縁体層、  ２８…ゲート電極、
３０…支持体、  ３１…側壁、  ３４…エミッタ膜、  ３４ａ…接続部、
３４ｂ…エミッタエッジ部、
【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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