(57)【要約】【課題】課題を最小にする電子放出構造体を提供する。【解決手段】電子放出構造体は、カソード電極（４３）及び抽出ゲート電極（４５）の交差部から生じる少なくとも１つの電子放出領域を備える。電子放出領域は、複数の電子放出素子（４７）を備える。電子放出素子は、ゲート電極（４５）において、そして、カソード及びゲート電極を離隔する電気絶縁層において作られる開口（４６）の列中に位置する。ここで、これらのゲート開口（４６）は列をなして配置され、そして、各ゲート開口は、ゲート電極の２つのバンドの間に位置する。この構造は、電子放出素子（４７）の列及び隣接するゲート電極のこれらのバンド（４９）の非対称なレイアウトによって形成され、電子放出素子によって放出された電子ビームのための集束手段も備える。ここで、この非対称は、電子ビームの全てを集束させるために組織される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界効果によって電子を放出するトライオード型の構造体であって、
第１軸に従って配置されるカソード電極（４３）と、第２軸に従って配置される抽出ゲート電極（４５）との交差部から生じる少なくとも１つの電子放出領域を備え、
前記カソード電極を前記ゲート電極から離隔する電気絶縁層を有し、
前記電子放出領域は、前記カソード電極（４３）に電気的に接続される複数の電子放出素子（４７）を備え、
前記電子放出素子（４７）は、前記ゲート電極（４５）及び前記電気絶縁層中に形成される複数の開口（４６）中に列をなして配置され、
複数のゲート開口（４６）は、列をなして配置され、
各ゲート開口（４６）は、前記ゲート電極（４５）の２つのバンド（４９）の間にあり、
前記構造体は、前記電子放出素子によって放出される電子ビームのための集束手段をも備え、
前記集束手段は、複数の電子放出素子（４７）及びこれらに隣接するゲート電極バンド（４９）の列の非対称なレイアウトによって形成され、
前記非対称は、前記電子ビームの全てを集束するように組織され、同一のゲート開口（４６）に隣接するゲート電極バンド（４９）における幅の差異から生じていて、
このゲート開口に対して、前記電子放出領域の外側の最も近くに位置する前記隣接するバンドは、前記電子放出領域の内側の最も近くに位置する前記隣接するバンドよりも狭くなっている、ことを特徴とする、電子放出構造体。
【請求項２】
前記ゲート電極（４５）におけるバンド（４９）の幅の差異は、複数の前記バンドの幅が前記電子放出領域における内側から外側に向かって次第に減少するようにされている、請求項１に記載の電子放出構造体。
【請求項３】
前記ゲート電極（４５）は、前記電子放出領域の中心区域において、少なくとも１つのゲート開口（４６）を有し、
前記ゲート開口に隣接するバンド（４９）同士は、等しい幅であり、
次第に幅の減少する前記電極バンドは、この中心区域の両側に配置されている、請求項２に記載の電子放出構造体。
【請求項４】
前記非対称は、少なくとも１つの列の電子放出素子（４７）の、この列に対応する前記ゲート開口（４６）における主軸に対するオフセットから生じており、
前記オフセットは、前記電子放出領域の中心により近くに前記列を持ってくることからなる、請求項１に記載の電子放出構造体。
【請求項５】
前記非対称は、複数の列の電子放出素子（４７）のオフセットから生じており、
前記オフセットは、前記電子放出領域の内側から外側に向かって次第に増加している、請求項４に記載の電子放出構造体。
【請求項６】
前記ゲート電極（４５）は、前記電子放出領域の中心区域において、前記電子放出素子（４７）の列がその主軸を中心とする、少なくとも１つのゲート開口（４６）を有し、
オフセットが次第に増加する電子放出素子（４７）の列は、この中心区域の両側に配置されている、請求項５に記載の電子放出構造体。
【請求項７】
前記ゲート電極のバンドは、前記第１軸に従って配向されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の電子放出構造体。
【請求項８】
前記ゲート電極のバンドは、前記第２軸に従って配向されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の電子放出構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果デバイス用の電子放出構造体に関する。本発明は、電子放出の集束にも関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームの発散は、電界放出スクリーンに対する重要な品質判定基準である。事実、この発散は、作製されうるスクリーンの解像度、色の鮮明度、輝度、更には放出の均一性を制御する。
【０００３】
仏国特許第２，８３６，２７９号明細書の文献は、放出スクリーン用のカソード構造を開示する。このカソード構造はトライオード型であり、電子抽出ゲートを備えているとのことである。このゲートは、開口を有する電極である。電子ビームの発散を制限するために、電子放出素子は、各ゲート開口の中心部分に位置している。この構造は、電子放出素子としてのナノチューブの使用に、かなり適している。
【０００４】
図１は、仏国特許第２，８３６，２７９号明細書の文献によって開示されるカソード構造の斜視的なそして極部分的な図である。このカソード構造は、カソード電極３、抵抗層２、誘電層４及び抽出ゲート電極５を連続して支持する、例えばガラスで作製される基板１を備える。ゲート電極５及び誘電層４中に作られる開口６は、カーボンナノチューブの電子放出素子７を支持している抵抗層２を露出する。放出素子は、電子ビームの発散の原因のうちの１つである、電界の横方向の部材が最小限であるように、ゲート電極５の２つの部分に関して対称的に配置される。
【０００５】
図２は、仏国特許第２，８３６，２７９号明細書の文献からの情報に従って製造される画素（又はピクセル）の構造の平面図である。図１は、図２におけるＩ−Ｉ断面に対応する図である。
【０００６】
図２は、抵抗層２によって支持される電子放出素子７を露出する溝（スロット）６を備えているゲート電極５を示す。平面図に示されていなくても、カソード電極３も開始されている。
【０００７】
Ｘ及びＹにおける構造の非対称は、これらの溝と直角をなすＸ軸に沿ったものよりも、溝６の軸に沿って、発散がより低下していることを意味する。参照符号８は、電子放出素子７からの電子スポットの形を示す。
【０００８】
仏国特許第２，８７３，８５２号明細書の文献は、仏国特許第２，８３６，２７９号明細書の文献への改良を提案した。この改良は、９０°でゲート電極の溝を回転させることからなる。これにより、これらの溝は、カソード構造の反対側のアノードに配置される発光体の赤−緑−青のバンド（帯）に対して垂直になる。従って、これらの溝は、カソード電極によって形成される柱（コラム）に、垂直に配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図３は、仏国特許第２，８７３，８５２号明細書の文献による、カソード構造の３つのピクセルを示す。示されるピクセルは、カソード電極１３及びゲート電極１５の交差部から生じる。ゲート電極の溝１６は、カソード電極１３に垂直に配置される。参照符号１８は、電子放出素子１７からの電子スポットを示す。電子ビームにおける著しいライン間の混合が存在していることが理解できる。にもかかわらず、この構造で、Ｙ軸において依然として高い発散が存在している。この発散は、ピクセルに対して有用な電子の損失によって、及び、ピクセルからピクセルへの輝度のランダムな位相変動によって変換される。これらの位相変動は、問題となるピクセルの隣のピクセルからの電子の混合に起因する（図３参照）。
【００１０】
本発明の目的は、この課題を最小にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の主題は、トライオード型である電界効果によって電子を放出する構造である。この構造は、第１軸に従って配置されるカソード電極及び第２軸に従って配置される抽出ゲート電極との交差部から生じる少なくとも１つの電子放出領域を備える。ここで、電気的絶縁層は、ゲート電極からカソード電極を離隔する。そして、電子放出領域は、カソード電極に電気的に接続される複数の電子放出素子を備える。ここで、これらの電子放出素子は、ゲート電極及び電気的絶縁層中に作製される開口中の列に配置されている。ここで、これらのゲート開口は、列をなして配置され、各ゲート開口は、２つのゲート電極バンドの間に位置している。この構造は、電子放出素子によって放出される電子ビームを集束させる手段をも備える。この集束手段が、電子放出素子及びこれらの隣接するゲート電極バンドの列の非対称形のレイアウトによって形成されるということを特徴とする。この非対称形は、全ての電子ビームを集束するように、そして、隣接する同じゲート開口へのゲート電極バンドの幅の違いから生じるように、組織される。その結果、電子放出領域の外側に最も近く配置された隣接するバンドは、電子放出領域の内側に最も近く配置された隣接するバンドよりも狭くなっている。
【００１２】
これらの電極バンドの幅の差異は、これらのバンドの幅が電子放出領域の内側から外側へと次第に減少するようなものであってもよい。ゲート電極は、電子放出領域の中心区域において、隣接するバンド同士が等しい幅を有する少なくとも１つのゲート開口を有してもよい。ここで、これらの電極バンドは、この中心区域の両側に、次第に幅を減少されて配置される。
【００１３】
本発明の第２実施の形態によれば、この非対称は、電子放出素子における少なくとも１つの列の、この列に対応するゲート開口の主軸に対するオフセットから生じる。ここで、このオフセットは、電子放出領域の中心のより近くに前記列を持ってくることからなる。この非対称が電子放出素子におけるいくつかの列のオフセットから生じるため、このオフセットは、電子放出領域の内側から外側に向かって次第に増加しうる。従って、ゲート電極は、電子放出領域の中心区域において、電子放出素子の列がその主軸を中心とする少なくとも１つのゲート開口を有しうる。ここで、電子放出素子のオフセットされた列は、それらがこの中心区域の両側に配置されるため、次第に増加する。
【００１４】
ゲート電極バンドは、第１軸に従って配向されてもよく、又は、第２軸に従って配向されてもよい。
【００１５】
添付の図面を伴って、非限定的な例として提供される以下の説明を読むことで、本発明は、より良好に理解され、そして、他の利点及び特徴は、より明らかになるであろう。
【００１６】
図１は、従来技術によるトライオード型のカソード構造の斜視的なそして極部分的な図である。
【００１７】
図２は、従来技術による表示スクリーンに対する画像要素の構造の平面図である。
【００１８】
図３は、これらの画像要素の電子放出素子からの電子スポットと同様に、従来技術によるカソード構造の３つの画像要素の平面図である。
【００１９】
図４は、従来技術による、トライオード型の電子放出構造体を概略的に示す。
【００２０】
図５は、複数の電子放出素子を有する画像要素の一部である、トライオード型の電子放出構造体を概略的に示す。
【００２１】
図６は、本発明の第１実施の形態によるピクセルの平面図である。
【００２２】
図７は、本発明によるピクセルのＹ軸に沿って抽出ゲート電極のバンドの幅プロファイルの１例を示している線図である。
【００２３】
図８は、本発明の第２実施の形態によるピクセルの平面図である。
【００２４】
図９は、本発明による一様な色の表示スクリーンピクセルの平面図である。
【００２５】
図１０は、図９のピクセルの部分図である。
【００２６】
図１１Ａから図１１Ｄは、本発明の一実施の形態を例示する横断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、図４で例示される従来技術によるトライオード型の電子放出構造体と、本発明で使用されて図５で例示されるトライオード型の電子放出構造体とを比較して説明される。
【００２８】
図４は、一連の誘電層２４及びゲート電極２５を支持しているカソード電極２３を示す。開口２６は、ゲート電極２５及び誘電層２４中に作られてカソード電極２３を露出する。電子放出素子２７は、開口２６中心において、そして、カソード電極２３と電気的に接触して配置される。この電子放出素子は、図１に示される場合のように、抵抗性層（又はバラスト層）によってカソード電極と電気的に接触していてもよい。従来において、開口２６は、ゲート電極２５を互いに電気的に接続している２つの部分（線の左右）に離隔している。
【００２９】
矢印は、カソード構造が作動するときに、発生する電界の（Ｙ軸における）水平成分及び（Ｚ軸における）垂直成分を示す。参照符号２０は、電子軌道を示す。構造が対称形である（左及び右側に同じ幅のゲート電極があり、開口の中心に放出素子が位置している）ので、電界が垂直な領域は、放出素子の中心に対応する。垂直（方向の）力線の両側に放出される電子は、垂直力線の両側に同様に発散する。
【００３０】
図５は、図４のものとほとんど同一であるカソード構造（カソード電極３３、誘電層３４、ゲート電極３５、開口３６及び電子放出素子３７）を示す。１つの本質的相違は、左側及び右側のゲート電極３５の、幅の非対称に関する。図５の場合、右側のゲート電極は、左側のゲート電極よりも広い。
【００３１】
この非対称の結果として、垂直力線は、電子放出素子の中心にもはや位置していない。この線は、ゲート電極における最も狭い側にオフセットされる。従って、これらの電極は、ゲート電極で最も狭い側の反対側から基本的に向かう軌道３０を有する。
【００３２】
本発明は、第１実施の形態において、ピクセルの中心から離れるにつれてより狭くなる抽出ゲート幅を特徴としているピクセル構造を提案する。従って、ピクセルの中心の方へ電子を集束させる傾向を有する構造を作成することが可能となる。
【００３３】
図６は、本発明の第１実施の形態によるピクセルの平面図である。カソード電極４３、及び、溝（スロット）形態の開口４６を有する抽出ゲート電極４５が、見られる。各溝４６は、抵抗性層（又はバラスト層）４２によってカソード電極４３に接続された電子放出素子４７の列を露出している。これらの溝４６は、バンド（帯）４９によって互いから離隔されている。カソード電極４３及びゲート電極４５の交差部によって規定されるピクセル構造は、ゲート電極の軸に従って方向付けられる直線の対称軸ＡＡ’を有する。この構造において、ＡＡ’線から遠ざかるにつれてこれらのバンド４９の幅がより狭くなっていると述べることもできる。参照符号４８は、電子放出素子４７からの電子スポットを示す。電子放出素子と、同じ幅を有する隣接するこれらのバンド４９との間のＡＡ’軸において対称であるので、ＡＡ’軸上に位置する電子放出素子４７からの電子スポット４８は、この素子を中心とする。他方、ＡＡ’軸を中心としない溝４６中に位置している電子放出素子４７からの電子スポット４８は、ＡＡ’軸から最も離れているバンド４９がより狭い幅であるため、中心から離れている。これらのスポットの偏心によって、ピクセルからの全ての電子スポットの集束が引き起こされる。
【００３４】
明らかに、このピクセルの構造は、全体的により多くの数のゲート電極バンドを含む。この場合、このピクセルに対してより適切な集束を得るために、バンド幅の勾配は、ゲート電極のバンドがＸ軸（ゲート電極の軸）に沿って配向しているときにＡＡ’軸によって形成され、ピクセルの中心部から開始される、Ｙ軸に沿って作られる（図６参照）。同様に、ゲート電極のバンドがＹ軸（図２において示したものと同様。ここでＹは、カソード電極の軸である）に沿って配向される場合、この場合において、バンドの幅勾配はＸ軸（ゲート電極の軸）に沿って作られる。
【００３５】
図７は、表示スクリーンのピクセルに対するＹ軸に沿って、ゲート電極のバンドの幅Ｌのプロファイルの１例を示す。この座標の軸は、幅Ｌを示し、ピクセルの中心線上に位置している。この例では、（ｈ／２−ｄ）に実質的に相当する中心線からの距離Ｙ０にまでゲート電極のバンドが一定の幅である第１領域が存在している。ここで、ｈは、ゲート電極に対応するピクセルの寸法であり、ｄは、電子ビームの剰余部分であり、ｄ＝ｇ・ｔａｎθであり、ここで、ｇは、表示スクリーンにおけるカソードからアノードを離隔する距離であり、θは、電子ビームにおける発散角の半分である。この勾配は、ピクセルにおける放出領域の端を表しているＹ１値まで存続する。
【００３６】
もちろん、線形勾配を用いることは義務的ではなく、そして、集束を最適化する任意の形態のプロファイルも使用可能である。特に、中心の近くよりも端上により多く集束することが有利であり、従って、例えば放物線状のゲート幅プロファイル又はピクセルの輝度が最適化できるプロファイルも非常に興味深いものである。最後の（外側に最も近い）バンドは、ゼロの幅であってもよい。
【００３７】
可変の幅のバンドを使用することの効果は、集束における影響から離れて、溝を中心とする電子放出素子での自己整合を使用して作成することが容易なスクリーン構造を維持しうることである。
【００３８】
それにもかかわらず、必要に応じて、ピクセルの端により近づけて溝中の電子放出素子をオフセットすることによって集束効果を更に際立たせることが可能である。このオフセットは、ＡＡ’軸のより近くにバンドの放出素子の列を持ってくることからなる。このことは、図８に示される。同図において、図６と同様の要素は同一の参照番号を有する。この図において、これらのバンド４９は、等しい幅であり、そして、ＡＡ’軸から更に離れると、電子放出素子の列は、ＡＡ’軸の方にオフセットされている。
【００３９】
前述した２つの実施の形態を組合せることも、可能である。
【００４０】
図９は、平坦な表示スクリーンにおける色ピクセル用の本発明の実施の形態における１例を示す。このピクセルに、３つのサブピクセルが設けられている。すなわち、赤色のためのサブピクセル、緑色のためのサブピクセル、及び、青色のためのサブピクセルである。この図において、簡略化の理由で、各サブピクセルにおけるゲート電極１００、２００及び３００だけが、電子放出要素８０と同様に、示される。接続部９０は、３つのサブピクセルを電気的に接続する。この接続部９０は、横方向に発散する電界を生成することを回避するために、ピクセルにおける中央軸線ＡＡに沿って配置される。サブピクセル１００、２００及び３００は同等であるので、サブピクセル３００のみを、更に詳細に説明する。
【００４１】
図９に示すように、サブピクセル３００といったサブピクセルは、サブピクセル３００１、３００２、３００３及び３００４の中央に対して対称的に配置される４つの同等の部分を備える。
【００４２】
図１０は、サブピクセル３００における４つの部分のうちの１つ（３００４）を示す。この部分３００４は、（３００２部分に共通の）電極バンド９０及び連続した電極バンド９１〜９９によって形成される。この実施の形態における例において、これらのバンドの幅は、図７で例示されるプロファイルに対応する。従って、バンド９０〜９４は、１３μｍの幅を有し、バンド９５は、１１μｍの幅を有し、バンド９６は、９μｍの幅を有し、バンド９７は、７μｍの幅を有し、バンド９８は、５μｍの幅を有し、そして、バンド９９は、３μｍの幅を有する。電子放出素子８０の列は、対称的に２つの隣接するバンドの間に位置する。２つの隣接するバンドを離隔している距離は、例えば１２μｍである。
【００４３】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、本発明の実施の形態を例示している横断面図である。
【００４４】
図１１Ａは、例えばガラスで作製される基板５１を示す。この基板５１上には、モリブデン、又はタングステン及びチタンの合金で作製でき、スクリーンのコラムを表すカソード導体５３が堆積されそしてエッチングされる。次に、電子抽出ゲートを形成するために設計した、０．５及び２μｍの間の厚さのアモルファスシリコンのバラスト層５２、１及び３μｍの間の厚さのシリカの電気絶縁層５４、及び、モリブデン又は銅で作られる金属層５５が、連続的に堆積される。
【００４５】
そして、樹脂層６０は、得られた構造上に堆積される。開口は、スクリーン及びゲートパターンのラインを規定するために、樹脂中に作られる。従って、開口６１は、電子放出素子の寸法を規定する。金属層５５及び電気絶縁層５４は、ドライ反応エッチングを使用してエッチングされる（図１１Ｂ参照）。
【００４６】
次に、これらの層５５及び５４は、ウェットエッチングされ、そして、凹部は樹脂層６０の開口６１に対して制御される。開口５６は、図１１Ｃで示すように、得られる。開口５６を経て、ピン６２は、触媒層（概して、１〜２０ｎｍの厚さの、鉄、ニッケル、又は、鉄／シリコン／パラジウム／ニッケル合金）によって形成されて堆積される。このピンは、（厚さ５０ｎｍのＴｉＮ、ＴａＮ、Ａｌ又はＴｉの）金属のサブレイヤ及び触媒層からなる多重積層であってもよい。
【００４７】
図１１Ｄは、アセチレンの０．１ｍｂａｒの圧力を１分間５５０℃で用いたＣＶＤによるカーボンナノチューブの成長に続いて樹脂の除去後に得られた構造を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、従来技術によるトライオード型のカソード構造の斜視的なそして極部分的な図である。
【図２】図２は、従来技術による表示スクリーンに対する画像要素の構造の平面図である。
【図３】図３は、これらの画像要素の電子放出素子からの電子スポットと同様に、従来技術によるカソード構造の３つの画像要素の平面図である。
【図４】図４は、従来技術による、トライオード型の電子放出構造体を概略的に示す。
【図５】図５は、複数の電子放出素子を有する画像要素の一部である、トライオード型の電子放出構造体を概略的に示す。
【図６】図６は、本発明の第１実施の形態によるピクセルの平面図である。
【図７】図７は、本発明によるピクセルのＹ軸に沿って抽出ゲート電極のバンドの幅プロファイルの１例を示している線図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施の形態によるピクセルの平面図である。
【図９】図９は、本発明による一様な色の表示スクリーンピクセルの平面図である。
【図１０】図１０は、図９のピクセルの部分図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の一実施の形態を例示する横断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の一実施の形態を例示する横断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明の一実施の形態を例示する横断面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、本発明の一実施の形態を例示する横断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
３３  カソード電極
３４  誘電層
３５  ゲート電極
３６  開口
３７  電子放出素子
４３  カソード電極
４５  抽出ゲート電極
４６  開口（溝；スロット）
４７  電子放出素子
４９  バンド（帯）
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【外国語明細書】
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