(57)【要約】【課題】導電性能を維持し、かつ、容易に、電子放出に要する電圧を低減することができる電子放出素子、電子放出素子の製造方法及び表示装置を提供する。【解決手段】  電子放出素子１０は、基板１１と、導電層１２と、絶縁層１５と、ゲート電極１６と、電子放出部２８とを備えている。導電層１２は、基板１１上に設けられている。絶縁層１５は、導電層１２上に形成されている。絶縁層１５は、電子放出部２８を露出させる絶縁孔部２１を有する。ゲート電極１６は、絶縁層１５上に形成されている。ゲート電極１６は、電子放出部２８が露出するゲート孔部２２を有する。電子放出部２８は、絶縁孔部２１及びゲート孔部２２の内部において導電層１２上に形成されている。ゲート孔部２２において、ゲート孔部２２内に電界集中を生じさせる電界集中部２５が設けられている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板上に設けられた第１の導電層と、
この第１の導電層上に形成された電子放出部と、
前記第１の導電層上に形成され、かつ、内部に前記電子放出部が位置するように第１の開口部を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、かつ、内部に前記電子放出部が位置するように第２の開口部を有する第２の導電層とを備え、
前記第２の開口部において、該第２の開口部内に電界集中を生じさせる電界集中部が設けられていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電界集中部は、前記第２の開口部の内面において、前記第２の開口部の内側方向に突出する突出部であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記第２の開口部は、前記基板側の開口面積が小さくなるようにその内面が傾斜して形成され、
前記第２の開口部の前記基板側の最小半径と、前記第２の開口部の前記基板と反対側の最大半径との差は、前記第２の導電層の膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記電子放出部は、複数の線状導電体から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項５】
基板と、
この基板上に絶縁層を介して設けられた第１の導電層と、
この第１の導電層上に形成された電子放出部と、
前記基板上において、前記絶縁層を介し、前記第１の導電層に対して、前記基板の面方向に離間して形成された第２の導電層とを備え、
前記第２の導電層のうち、前記電子放出部に対向する部分に、電界集中を生じさせる電界集中部が設けられていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項６】
前記請求項１乃至５のいずれかに記載の電子放出素子と、
前記電子放出部から放出される電子により発光する表示部と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
基板上に、第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に第２の導電層を形成する工程と、
前記第２の導電層上に、所定形状の開口部を有するマスクを設け、このマスクを用いてエッチングし、前記第２の導電層に突出部を有する開口部を形成する工程と、
前記開口部内の前記絶縁層にエッチングを施し、前記第１の導電層を露出させる工程と、
前記第１の導電層上に、電子放出部を形成する工程とを備えたことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
基板上に、第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に第２の導電層を形成する工程と、
前記第２の導電層上に、所定形状の開口部を有するマスクを設け、このマスクを用いてエッチングし、前記第２の導電層に開口部を形成する工程と、
前記開口部内にフッ素を含むガスを供給して、前記絶縁膜をエッチングし、前記第１の導電層を露出させ、かつ前記第２の導電層において、その開口部内の内側方向に突出した突出部を形成する工程と、
前記第１の導電層上に、電子放出部を形成する工程と備えたことを特徴とする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、画像表示装置等に用いられる電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電子放出素子を有する表示装置に関し、特に効率の良い電子放出を可能とするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一種として、電子放出素子を用いたフィールドエミッションディスプレイ（以下“ＦＥＤ”と称す）が知られている。このような電子放出素子において、ゲート電極層を備えた三極構造のものがある。ここでは、ガラス基板上に、カソード電極層及び電子放出層が形成され、その上に絶縁層を介してゲート電極層が平面状に形成されている。このゲート電極層の一部は電子放出層が露出するように開口している。通常、開口部は、円形状に構成され、この開口部の内面は面一で、層の厚さ方向において径が一定となっている。この開口部内において露出した電子放出層に、電子放出部が形成されている。電子放出に要する電圧は、電子放出部とゲート電極との距離やその先端の面積などによって変化する。ここでは、電子放出部として、先端の細いカーボンナノチューブ（以下“ＣＮＴ”と称す）を用いることにより、必要電力を低減させている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１８６０１５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記構成の電子放出素子におけるゲート電極層の開口部は、厚さ方向に径が一定の円形状であり、かつ、内面が面一であるため電界が集中し難かった。ここで、電界集中しやすくするため、ゲート電極層を薄くすることが考えられる。しかし、ゲート電極層を薄くすると、電極としての性能を維持するのが困難である。
【０００４】
そこで、本発明は、ゲート電極の性能を低下させることなく、より低い電圧で電子放出が可能な電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電子放出素子を有する表示装置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】
【０００５】
本発明の電子放出素子の一例は、基板と、この基板上に設けられた第１の導電層と、この第１の導電層上に形成された電子放出部と、前記第１の導電層上に形成され、かつ、内部に前記電子放出部が位置するように第１の開口部を有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、かつ、内部に前記電子放出部が位置するように第２の開口部を有する第２の導電層とを備え、前記第２の開口部において、該第２の開口部内に電界集中を生じさせる電界集中部が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の電子放出素子の他の例は、基板と、この基板上に絶縁層を介して設けられた第１の導電層と、この第１の導電層上に形成された電子放出部と、前記基板上において、前記絶縁層を介し、前記第１の導電層に対して、前記基板の面方向に離間して形成された第２の導電層とを備え、前記第２の導電層のうち、前記電子放出部に対向する部分に、電界集中を生じさせる電界集中部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の電子放出素子の製造方法の一例は、基板上に、第１の導電層を形成する工程と、前記第１の導電層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に第２の導電層を形成する工程と、前記第２の導電層上に、所定形状の開口部を有するマスクを設け、このマスクを用いてエッチングし、前記第２の導電層に突出部を有する開口部を形成する工程と、前記開口部内の前記絶縁層にエッチングを施し、前記第１の導電層を露出させる工程と、前記第１の導電層上に、電子放出部を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の電子放出素子の製造方法の他の例は、基板上に、第１の導電層を形成する工程と、前記第１の導電層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に第２の導電層を形成する工程と、前記第２の導電層上に、所定形状の開口部を有するマスクを設け、このマスクを用いてエッチングし、前記第２の導電層に開口部を形成する工程と、
前記開口部内にフッ素を含むガスを供給して、前記絶縁膜をエッチングし、前記第１の導電層を露出させ、かつ前記第２の導電層において、その開口部内の内側方向に突出した突出部を形成する工程と、前記第１の導電層上に、電子放出部を形成する工程と備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えばゲート電極層に対応する導電層に、電界集中部を構成したことにより、電子放出素子、及び表示装置において、導電性能を維持し、かつ、容易に、電子放出に要する電圧を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１実施形態］  
以下に、本発明の第１実施形態に係る電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電子放出素子を有する表示装置について説明する。  
先ず、本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置１、電子放出素子１０等について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は画像表示装置の１画素に対応する部分を示す斜視図である。図２は図１の画像表示装置のＡ部分を拡大して示す断面図であり、図３は図１の電子放出素子１０のＡ部分を拡大して示す平面図である。図１及び図２中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を示している。
【００１２】
図１に示されるように、画像表示装置１は、電子放出素子１０と、この電子放出素子１０から放出される電子により発光する表示部３０とを備えている。これら電子放出素子１０と表示部３０とは所定の間隙を確保した状態で、対向して接合される。
【００１３】
図１及び図２に示される電子放出素子１０は、基板としてのカソード基板１１と、該カソード基板１１上に形成された第１の導電層としての導電層１２の複数と、これら導電層１２上に形成された絶縁層１５と、絶縁層１５上に形成された第２の導電層としての複数のゲート電極１６とを備えている。絶縁層１５及びゲート電極１６には開口部の一例としてのエミッタ孔２０が形成され、このエミッタ孔２０において導電層１２上に電子放出層としてのカーボン層２７が形成されている。
【００１４】
カソード基板１１はガラスやシリコン等により構成され、画像を表示するために必要な所定の面積を有している。ここでは、１画素に対応するカソード基板１１上に、例えば、導電層１２の複数が並列して形成されている。例えば、導電層１２は、ニッケル等の触媒金属からなり、前述のＹ方向に延びる矩形に形成されている。
【００１５】
図１及び図２に示すように、絶縁層１５は、酸化シリコン等で構成され、カソード基板１１及び導電層１２の上面に形成されている。
【００１６】
また、ゲート電極１６の複数は、アルミニウム等の金属から、前述のＸ方向に延びる矩形状に形成され、それぞれ後述する三色の蛍光体３３〜３５と対応する位置に配置されている。これらゲート電極１６は駆動回路に接続され、マトリクス制御される。
【００１７】
図１に示すように、ゲート電極１６と絶縁層１５と導電層１２とが交差して重なっている部分には、エミッタ孔２０が複数個形成されている。ここでは、図２に示すように、エミッタ孔２０は、エッチング加工等によりゲート電極１６及び絶縁層１５のみが除去されて形成される。エミッタ孔２０は横断面において円形状に構成され、絶縁層１５に形成された第１の開口部としての絶縁孔部２１と、ゲート電極１６に形成された第２の開口部としてのゲート孔部２２とが連続形成されてなる。
【００１８】
ゲート孔部２２は、横断面視において円形状を成し、かつ、縦断面視において下辺が短い台形状を成している。すなわち、図中上端から下端に向かって開口径の寸法が逓減している。ゲート電極１６のゲート孔部２２の内面は、厚み方向において後述するＣＮＴ２８の先端に近い下方ほど、面方向においてＣＮＴ２８の先端に近いエミッタ孔２０中心側に位置するように構成されている。  
ゲート孔部２２の内面の上端は径が最大である大径部２３を構成し、下端は径が最小である小径部２４を構成している。下端の小径部２４が電界集中部２５に該当する。この最大半径と最小半径との差は、ゲート電極１６の膜厚ｔより大きく、本実施形態では、ゲート電極１６の膜厚ｔの３倍程度に構成されている。
【００１９】
また、図２に示すように、ゲート孔部２２の内面は傾斜しており、ゲート電極１６はゲート孔部２２の中心方向に向かって尖鋭している。すなわち、下端においてゲート孔部２２の中心に近いほどその縦断面積が小さくなっている。
【００２０】
絶縁孔部２１はゲート孔部２２の下端から下方に連続形成されている。絶縁孔部２１の内径は小径部２４と同径であり、厚み方向（Ｚ方向）において一定である。
【００２１】
図２及び図３に示すように、エミッタ孔２０における導電層１２上には電子放出層としてのカーボン層２７が一様に形成されている。カーボン層２７は、表示部３０に向かって、前述のＺ方向に起立してブラシ状に成長した多数のＣＮＴ２８で構成されている。このＣＮＴの先端が電子放出部の一例に該当する。ＣＮＴ２８は、グラフェンシートが円筒上に丸まった構造を成している。ＣＮＴ２８は直径５０ｎｍ、長さ１μｍ程度に構成され、許容電流密度が大きく、減圧下で低い電圧が加えられるだけで電子を放出する。電子放出部としてのＣＮＴ２８の先端は、ゲート電極１６より低い高さに位置している。
【００２２】
一方、図１及び図２に示される表示部３０は、アノード基板３１と、アノード基板３１上に形成されたアノード電極３２と、このアノード電極３２の表面に塗布されたＲ，Ｇ，Ｂの三色の蛍光体３３〜３５とを備える。
【００２３】
ここでは、アノード基板３１は、カソード基板１１との封止を良好にするため、カソード基板１１と同素材のガラス等の透明材料で構成されている。また、アノード電極３２は、カソード基板１１と対向する面上に形成され、例えばアルミ等の金属から構成されている。アノード電極３２は駆動回路に接続されている。一方、３色の蛍光体３３〜３５は、前述のＸ方向に延びる矩形状を成し、それぞれゲート電極１６に対応して配置されている。
【００２４】
電子放出素子１０と表示部３０とは、図示しないスペーサにより所定の間隙を確保して接合されている。その間隙は減圧状態であり、図示しないゲッターにより良好に維持されている。
【００２５】
次に、本発明の第１実施形態にかかる電子放出素子１０の製造方法について説明する。  ガラスからなるカソード基板１１上にニッケル板を取り付け、導電層１２を形成する。ついで、導電層１２上、及び導電層１２が形成されていないカソード基板１１の上面全体に絶縁層１５を形成する。ついで、スパッタ法等により、絶縁層１５の表面に、導電層１２で使用した触媒金属とは異なるアルミ等の金属を成膜し、ゲート電極１６を形成する。
【００２６】
さらに、ゲート電極１６及び絶縁層１５を貫通して触媒金属が露出するよう所定の位置にエミッタ孔２０を形成する。具体的には、先ず、図４に示すように、上端から下端にかけてその開口径の寸法が逓減する円形の開口部４１を有するマスク４０をゲート電極１６上に設置する。その後、マスク４０を用い、所定のエッチングガスで、ゲート電極１６にドライエッチングを施して開口し、ゲート孔部２２を形成する。次いで、このゲート孔部２２に続くようにして、所定のエッチングガスで絶縁層１５を導電層１２に達するまでドライエッチングを施し、所定の形状のエミッタ孔２０が形成される。
【００２７】
エミッタ孔２０の形成後、カソード基板１１を真空容器内に導入し、メタンと水素の混合ガスをプラズマで分解することで、露出した導電層１２上にＣＮＴ２８を形成する。
【００２８】
ここで、例えば、導電層１２はニッケル等の触媒金属から構成されている。この場合、導電層１２は触媒層として作用するので、前述の方法を用い、その上に直接ＣＮＴ２８を形成することができる。また、プラズマはマイクロ波プラズマとし、成長するＣＮＴ２８の向きを揃えるため導電層１２の表面に垂直に電界を形成しておく。こうして、導電層１２が露出しているエミッタ孔２０内において、導電層１２上に多数のＣＮＴ２８がブラシ状に形成される。こうして電子放出素子１０が完成する。
【００２９】
一方、ガラス等の透明材からなるアノード基板３１にアノード電極３２を形成し、アノード電極３２に蛍光体３３〜３５を塗布して表示部３０を製造する。また、スペーサを介して所定の間隙を確保した状態でカソード基板１１の周囲とアノード基板３１の周囲とを封止材で接合する。こうして電子放出素子１０と表示部３０とが接合され、画像表示装置１が完成する（以上、図１または図２を参照する）。
【００３０】
次に、図１及び図２を参照しながら、本実施形態にかかる画像表示装置１、電子放出素子１０等の動作について説明する。
【００３１】
アノード電極３２、カソード電極としての導電層１２及びゲート電極１６にそれぞれ所定の電圧Ｖａ（例えば１〜１５ＫＶ）、Ｖｄ（例えば０〜１００Ｖ）が印加される（以上、図２を参照する）と、電界が生じる。ここで、ゲート孔部２２における電界集中部２５は内面の他の部分に比べて電子放出部に近く、かつ、先端が尖鋭であるため、ここに電気力線が集中することにより強い電界が得られる。この電界に引き出されて、ＣＮＴ２８の先端から、電子が放出される。この電子はゲート電極１６に導かれて蛍光体３３〜３５が塗布されたアノード電極３２に入射する。こうして蛍光体３３〜３５が励起され、発光する。この発光により透明なアノード基板３１を通して所望の画像が表示される。ここで、ゲート電極１６に印加する電圧をマトリクス制御することで発光を制御することができ、画素毎の階調表示が可能となっている。
【００３２】
本実施形態において、画像表示装置１は以下に掲げる効果を奏する。
【００３３】
本実施形態においては、ゲート孔部２２の内面において、電界集中部２５として下端を内側に突出させたことにより、電気力線を集中させ、必要電圧を低減することができる。また、この電界集中部２５である下端は内側、即ち電子放出部側に向かって尖鋭であり、その先端の面積が小さくなっているため、低い電圧で電子放出させることができる。ゲート電極１６全体を薄くする必要がないため、導電層としての機能を損なうことがない。さらに、ＣＮＴ２８の先端をゲート電極１６より低く構成し、ゲート孔部２２の下端を最小径とすることにより、ゲート孔部２２を単純な形状にすることができる。したがって、端から下端にかけてその径の寸法が逓減する円形の開口部４１を有するマスク４０を用いるだけで容易に製造することができる。
【００３４】
［第２実施形態］  
次に本発明の第２実施形態に係る電子放出素子１０について図５及び図６を参照して説明する。なお、これらの図において、エミッタ孔５０以外の部分の構成等については上記第１実施形態と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本実施形態にかかる電子放出素子１０では、図５及び図６に示すように、エミッタ孔５０の内周に、複数の電界集中部５５が等間隔で形成されている。すなわちエミッタ孔５０は、図６に示すように、平面視において、電子放出部の中心に向かって突出した突出部を複数備える星形状を成している。この突出部の先端が電界集中部５５の一例に該当する。ここでは、図５及び図６に示すように、エミッタ孔５０の形状は厚み方向において略一定である。また、図６に示すように、突出部はエミッタ孔５０の中心に向かって尖鋭であり、その先端の縦断面積が小さくなっている。
【００３６】
本実施形態にかかる電子放出素子１０においては、星形状の開口部を有するマスク（図示せず）を用いて、第１実施形態と同様にドライエッチングを施し、絶縁層１５及びゲート電極１６を所定量除去し、所定形状のエミッタ孔５０が形成される。
【００３７】
本実施形態においても上述した第１実施形態にかかる電子放出素子１０と同様の効果が得られる。すなわち、他の部位に比べてＣＮＴ２８の先端に近い電界集中部５５を複数備え、さらにこの電界集中部５５の先端の面積が小さいため、電界集中しやすい。したがって低い電圧で電子を放出させることが可能となる。また、エミッタ孔５０を形成するためのドライエッチングの際に、星形状の開口部を有するマスク（図示せず）を用いるだけで容易に製造することができる。さらに、電界集中部５５が複数であるため、加工上、電界集中部５５の形状にばらつきが生じても、各エミッタ孔５０から放出される電子の量を平均化し、安定させることができる。
【００３８】
本実施の形態では、このように構成された電子放出素子１０は、第１の実施の形態と同様に、表示部３０と接合されて画像表示装置２を構成することができる。ここでは、表示部３０は、第１の実施の形態と同様に、アノード基板３１、及びアノード基板３１上に設けられたアノード電極３２等を有する。また、それらは、図５の画像表示装置の一断面図において該当部分が示されている。
【００３９】
［第３実施形態］  
次に本発明の第３実施形態に係る電子放出素子１０について、図７及び図８を参照して説明する。なお、これらの図において、エミッタ孔６０以外の部分の構成等については上記第１実施形態と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００４０】
本実施形態にかかる電子放出素子１０は、図７に示すように、ゲート孔部６２の上端が大径部６３を構成し、ゲート孔部６２の下端が小径部６４を構成する。また、図８に示すように、平面視において、大径部６３は円形状に構成されている。また、ここでは、ゲート孔部６２の下端の小径部６４は平面視において複数箇所が内側に突出した星形状に形成されている。複数の突出部の頂点における下端が電界集中部６５の一例に該当する。また、図８に示すように、絶縁孔部６１は平面視において星形状であり、上記第２実施形態と同様である。すなわち、本実施形態のエミッタ孔６０は、第１実施形態及び第２実施形態の特徴を組み合わせたものであり、電界集中部６５は、縦断面視（図７を参照する）に加え横断面視（図８を参照する）においても尖鋭であり、先端の断面積が小さくなっている。
【００４１】
本実施形態においては、先ず、星形状の開口部を有するマスク（図示せず）を用い、各層を所定のガスで、導電層１２に達するまでドライエッチングする。その後、図４に示されるような開口部４１を有するマスク４０を用いて、ゲート電極１６の部分をドライエッチングすることで、ゲート孔部６２を形成する。このようにして、エミッタ孔６０が所定の形状に形成される。
【００４２】
本実施形態においては上述した第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせたことにより、電界集中部６５の先端の面積をより小さくすることができる。すなわち、縦断面方向（図７を参照する）に加え横断面方向（図８を参照する）においても尖鋭であるため、先端の面積がより一層小さく、電子放出に要する電圧をより一層低減させることができる。
【００４３】
本実施の形態では、このように構成された電子放出素子１０は、第１の実施の形態と同様に、表示部３０と接合されて画像表示装置３を構成することができる。ここでは、表示部３０は、第１の実施の形態と同様に、アノード基板３１、及びアノード基板３１上に設けられたアノード電極３２等を有する。また、それらは、図７の画像表示装置の一断面図において該当部分が示されている。
【００４４】
［第４実施形態］  
次に本発明の第４実施形態に係る電子放出素子１０について、図９及び図１０を参照して説明する。なお、これらの図において、ゲート孔部７２以外の部分の構成等については上記第１実施形態と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００４５】
本実施形態のエミッタ孔７０におけるゲート孔部７２は、図９に示すように、上端に大径部７３を備えるとともに下端に小径部７４を備える。また、ここでは、ゲート孔部７２は、下端に向けてその開口径が逓減しているとともに、横断面は星形状を成している（図１０を参照する）。この下端における突出部の頂点が電界集中部７５の一例に該当する。
【００４６】
本実施形態にかかる電子放出素子１０においては、星形状で、かつ、径が逓減している開口部を有するマスク（不図示）を用い、所定のエッチングガスでドライエッチングすることにより、ゲート孔部７２を形成する。次いで、所定のエッチングガスを用い、ゲート孔部７２に続くようにして絶縁層１５を導電層１２に達するまでドライエッチングし、エミッタ孔７０を形成することができる。
【００４７】
本実施形態においては、第３実施形態にかかる電子放出素子１０と同様の効果が得られる。すなわち、縦断面方向に加え横断面方向においても尖鋭させたことにより、先端の面積をより一層小さくし、電子放出に要する電圧をより一層低減させることができる。さらに、一度のドライエッチングで所定形状のゲート孔部７２を形成することができるため、容易に製造することができる。
【００４８】
本実施の形態では、このように構成された電子放出素子１０は、第１の実施の形態と同様に、表示部３０と接合されて画像表示装置４を構成することができる。ここでは、表示部３０は、第１の実施の形態と同様に、アノード基板３１、及びアノード基板３１上に設けられたアノード電極３２等を有する。また、それらは、図９の画像表示装置の一断面図において該当部分が示されている。
【００４９】
［第５実施形態］  
次に本発明の第５実施形態に係る電子放出素子１０について、図１１及び図１２を参照して説明する。なお、これらの図において、ゲート電極１６やエミッタ孔８０以外の部分の構成等については上記第１実施形態と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
【００５０】
本実施形態のゲート電極１６は、例えば、アルミ、ＩＴＯ（即ち、スズを添加した酸化インジウム）などのフッ化され易い材料で構成されている。図１１及び図１２に示すように、エミッタ孔８０におけるゲート孔部８２の内面全体には、凹部８３と、この凹部８３に対して相対的に突出した凸部８４が、ほぼ交互に各々複数形成されている。ここでは、図１２に示すように、平面視において、凹部８３より相対的にゲート孔部８２の中心方向に突出した凸部８４の先端が電界集中部８５の一例となる。
【００５１】
本実施形態にかかる電子放出素子１０においては、絶縁層１５上に、ゲート電極１６の部分を前述のようなフッ化され易い金属等の材料で成膜する。その後、このような材料の膜の上に、例えば、第１実施形態の如く、所定の円形状の開口部を有するマスクを形成する。次いで、このマスクを用い、ゲート電極１６の部分に、所定のエッチングガスでドライエッチングを施して、ゲート孔部８２を形成する。
【００５２】
その後、ゲート孔部８２内に、フロロカーボン系のガスによるフッ化処理を施す。ここでは、ゲート孔部８２に続くようにして絶縁層１５をドライエッチングし、導電層１２に達するエミッタ孔８０を形成する。このとき、例えば、エミッタ孔８０において、その開口された部分に内面として露出するゲート電極１６の表面、すなわちゲート孔部８２の内壁がフッ化されることになる。このとき、ゲート電極１６はフッ化しやすい金属等で構成されているために、フッ化によりエミッタ孔８０の内面に多数の突出した凸部８４が形成される。こうして、フッ化され、相対的にエミッタ孔８０の中心方向に突出した凸部８４の先端が、電界集中部８５となる。
【００５３】
本実施形態にかかる電子放出素子１０は、ゲート孔部８２において、フッ化した部分が、相対的に、その内側の中心方向に突出している。このような場合、その突出した部分の面積が基準となるため、ゲート孔部８２の内面が面一である場合と比べて、より電気力線が集中する。したがって、電子の放出に要する電圧を低減させることができる。さらに、本実施の形態は、フッ化され易い材料でゲート電極１６を成膜することで、電子放出素子１０を容易に製造することができる。
【００５４】
本実施の形態において、このように構成された電子放出素子１０は、第１の実施の形態と同様に、表示部３０と接合されて画像表示装置５を構成することができる。ここでは、表示部３０は、第１の実施の形態と同様に、アノード基板３１、及びアノード基板３１上に設けられたアノード電極３２等を有する。また、それらは、図１１の画像表示装置の一断面図において該当部分が示されている。
【００５５】
［実施形態６］
さらに、上記第１乃至第５の実施形態においては、例えば、第１導電層としての導電層１２の上方に第２導電層としてのゲート電極１６が積層される縦型について説明したが、本発明は、この他に、例えば図１３及び図１４に示すような平面型の電子放出素子９０にも適用可能である。本実施形態にかかる電子放出素子９０では、図１３に示すように、カソード基板９１上に、絶縁層９２を介して、例えば、第１導電層としての電子放出層９３、第２導電層としてのゲート電極９４及びアノード電極９５が互いに離間して並列して形成されている。また、図１４に示すように、平面視において、電子放出層９３のうちゲート電極９４側の端部には尖鋭に突出した電子放出部としての複数の尖鋭部９３ａが形成されている。また、ここでは、ゲート電極９４のうち電子放出層９３側の端部に複数の尖鋭な突出部９４ａが形成されている。この突出部９４ａの先端が電界集中部９６となる。本実施形態においても上記第１実施形態等と同様に必要な電圧を低減することができる。  
また、本実施の形態では、このように構成された電子放出素子９０に加えて、放出される電子により発光する表示部を備えることで、画像表示装置を構成することができる。
【００５６】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、各構成要素を変形して実施可能である。例えば、上記各実施形態は、ゲート電極、カソード電極、アノード電極を有する三極構造を想定するものであるが、これに加え、さらに絶縁層及びゲート電極からなる捕集電極を備えていても良い。
【００５７】
さらに、電子放出部（例：ＣＮＴ２８）からの距離の基準として、エミッタ孔２０等の径を用いたが、この他、エミッタ孔２０の内部に形成された複数のＣＮＴ２８の先端からの距離の平均等を用いてもよい。また、上記各実施形態においては、カーボン層２７に線状導電体としてＣＮＴ２８が形成されている場合を例示したが、これに限らず、アモルファス炭素膜やグラファイト状物質等、他の物質であってもよい。また電子放出層（例：カーボン層２７）は、線状導電体に代えてコーン形状のエミッタを備えていてもよい。さらに上記各実施形態においては導電層１２がニッケルから構成される場合について説明したが、他に、コバルト、鉄、これらの合金等の触媒金属から構成しても良い。さらに、エミッタ孔２０等がドライエッチングにより形成される場合について例示したが、ウェットエッチングで形成されても良い。さらに本実施形態にかかる電子放出素子はＦＥＤ以外の種々の機器にも適用可能である。  
なお、本発明は上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、上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。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置の一部を模式的に示す斜視図。
【図２】同画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す断面図。
【図３】同画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す平面図。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる電子放出素子の製造方法におけるエミッタ孔形成工程を模式的に示す断面図。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す断面図。
【図６】同画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す平面図。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる画像表示装置の要部を拡大して示す断面図。
【図８】同画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す平面図。
【図９】本発明の第４実施形態にかかる画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す断面図。
【図１０】同画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す平面図。
【図１１】本発明の第５実施形態にかかる画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す断面図。
【図１２】同画像表示装置の要部を拡大して模式的に示す平面図。
【図１３】本発明の第６実施形態にかかる電子放出素子の要部を拡大して模式的に示す断面図。
【図１４】同電子放出素子の要部を拡大して模式的に示す平面図。
【符号の説明】
【００５９】
１，２，３，４，５…画像表示装置、１０，９０…電子放出素子、１１…カソード基板、１２…導電層、１５…絶縁層、１６…ゲート電極、
２０，５０，６０，７０，８０…エミッタ孔、
２５，５５，６５，７５，８５，９６…電界集中部、２７…カーボン層、２８…ＣＮＴ、３０…表示部、４０…マスク。
【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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