(57)【要約】【課題】この発明は、経時的な特性劣化を抑制しつつ使用寿命を延長でき、十分な量の電子を安定して放出できる電子放出素子を提供することを課題とする。【解決手段】電子放出素子１８は、リアプレート１０の内面に形成された一対の素子電極３１、３２を有する。素子電極３１、３２は、一定のギャップを介して対向配置され、ギャップをつなぐように複数の独立した導電膜３４が設けられる。各導電膜３４の中間位置には、電子放出部３６が形成される。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定のギャップを介して設けられた一対の電極膜と、
上記ギャップを介して上記一対の電極膜をつなぐように互いに独立して設けられた複数の導電膜と、
上記ギャップの略中間位置で上記各導電膜に形成され、上記一対の電極膜に与えられる電位差に応じた電子を放出する複数の電子放出部と、
を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
上記一対の電極膜が上記ギャップを介して対向する端辺は、該ギャップを少なくとも電極膜の幅より長くせしめるように折り曲げた形状を有す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】
上記複数の導電膜のうち少なくとも１つは、２箇所以上で上記ギャップを介して上記一対の電極膜をつなぐように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電子放出素子を基板上に複数個並べて配置した電子放出装置であって、外部から与えられる信号に応じて各電子放出素子の一対の電極に選択的に電位差を与えることにより上記複数の電子放出素子から選択的に電子を放出させる電子放出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電子放出装置と、
この電子放出装置の複数の電子放出素子から選択的に放出される電子の衝突により画像を表示する画像表示部と、
を有することを特徴とする表示装置。
【請求項６】
基板上に一対の電極膜を一定のギャップを介して対向するように形成する電極膜形成工程と、
上記ギャップを介して上記一対の電極膜をつなぐ複数の独立した導電膜を形成する導電膜形成工程と、
上記一対の電極膜間に電位差を与えることにより複数の導電膜に通電して、ギャップの略中間位置で各導電膜に複数の電子放出部を形成する電子放出部形成工程と、
を有する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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一対の電極膜間に電位差を与えることにより電子を放出する電子放出素子、この電子放出素子を基板上に複数個整列配置した電子放出装置、この電子放出装置から放出される電子を蛍光体に衝突させて画像を表示する表示装置、および上記電子放出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子として、例えば、絶縁性の基板上に形成された導電性薄膜に電流を流すことにより電子を放出させる現象を利用した表面伝導型電子放出素子が知られている。
【０００３】
この種の電子放出素子は、例えば、絶縁性の基板上に、一定のギャップを介して対向した一対の電極パターンを形成し、ギャップを介して一対の電極パターンをつなぐように導電性の薄膜を設け、一対の電極パターン間に電位差を与えることによりギャップの略中間位置で導電性の薄膜に亀裂を生じさせることにより形成される。
【０００４】
そして、この電子放出素子を動作させる際、一対の電極パターン間に電位差を与えることにより、導電性の薄膜に形成された亀裂、すなわち電子放出部から電子を放出させる。
【０００５】
このような電子放出素子は、基板上に複数個並べて形成されて電子放出装置が構成され、この電子放出装置に蛍光体スクリーンが組み合わされて表示装置が構成される。
【０００６】
表示装置の動作時には、外部から電子放出装置に対して画像データに基づく駆動信号が与えられ、複数の電子放出素子の電極対に選択的に電位差が与えられて電子が放出される。そして、各電子放出素子に一対一で対応して設けられた蛍光体スクリーンの各画素が選択的に励起発光されて画像が表示される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した表示装置で高精細且つ鮮明な画像を長時間にわたって安定して表示させるためには、各画素に一対一で対応して設けられた複数の電子放出素子から十分な量の電子を放出させた上で、電子放出素子の経時的な特性劣化を抑制しつつ使用寿命を均一化することが望ましい。
【０００８】
しかし、上述した従来の表示装置では、各電子放出素子から放出される電子が各種粒子に衝突することにより発生されるイオン粒子が電子放出素子の導電性薄膜に衝突して導電性薄膜を破壊してしまう問題があった。このように、電子放出素子の導電性薄膜がイオン衝撃により破壊されると、当該電子放出素子が動作不能となり、対応する画素が永久に表示不能となってしまう。
【０００９】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、経時的な特性劣化を抑制しつつ使用寿命を延長でき、十分な量の電子を安定して放出できる電子放出素子、およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
また、この発明の目的は、使用寿命を均一化できる複数の電子放出素子を備えた電子放出装置、およびこの電子放出装置を組み込んだ表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電子放出素子は、一定のギャップを介して設けられた一対の電極膜と、上記ギャップを介して上記一対の電極膜をつなぐように互いに独立して設けられた複数の導電膜と、上記ギャップの略中間位置で上記各導電膜に形成され、上記一対の電極膜に与えられる電位差に応じた電子を放出する複数の電子放出部と、を備えている。
【００１２】
また、本発明の電子放出装置は、上記電子放出素子を基板上に複数個並べて配置したものであって、外部から与えられる信号に応じて各電子放出素子の一対の電極膜に選択的に電位差を与えることにより上記複数の電子放出素子から選択的に電子を放出させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の表示装置は、上記電子放出装置と、この電子放出装置の複数の電子放出素子から選択的に放出される電子の衝突により画像を表示する画像表示部と、を備えている。
【００１４】
更に、本発明の電子放出素子の製造方法によると、基板上に一対の電極膜を一定のギャップを介して対向するように形成する電極膜形成工程と、上記ギャップを介して上記一対の電極膜をつなぐ複数の独立した導電膜を形成する導電膜形成工程と、上記一対の電極膜間に電位差を与えることにより複数の導電膜に通電して、ギャップの略中間位置で各導電膜に複数の電子放出部を形成する電子放出部形成工程と、を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１には、この発明の表示装置として表面伝導型電子放出表示装置（以下、ＳＥＤと称する）の外観斜視図を示してある。
【００１７】
ＳＥＤは、それぞれ矩形状の石英ガラスからなるリアプレート１０およびフェースプレート１２を有する。これらのプレート１０、１２は、約１．５〜３．０ｍｍの間隔を置いて対向配置されている。そして、リアプレート１０およびフェースプレート１２は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１４を介して周縁部同志が接合され、偏平な矩形状の真空外囲器１５を構成している。
【００１８】
図２および図３に示すように、フェースプレート１２の内面には蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、青、緑の複数の蛍光体層１６ａ、および蛍光体層間に位置した黒色着色層１６ｂを並べて構成されている。これらの蛍光体層１６ａはストライプ状あるいはドット状に形成されている。また、蛍光体スクリーン１６上には、アルミニウム等からなるメタルバック１７が形成されている。さらに、フェースプレート１２と蛍光体スクリーン１６との間に、例えばＩＴＯからなる透明導電膜あるいはカラーフィルタ膜を設けてもよい。このように、フェースプレート１２に複数の層を積層した構造が、本発明の画像表示部として機能する。
【００１９】
リアプレート１０（基板）の内面には、蛍光体層１６ａを励起発光させるための電子ビームを放出する多数の電子放出素子１８が設けられている。これらの電子放出素子１８は、画素毎、すなわち蛍光体層１６ａ毎に一対一で対応して設けられ、複数列および複数行に並べて配列されている。各電子放出素子１８の詳細については後に詳述する。
【００２０】
図４に示すように、リアプレート１０上には、多数の電子放出素子１８を接続する多数本の配線がマトリックス状に設けられている。このように、多数の電子放出素子１８をマトリックス状に配線してリアプレート１０上に配置した構造が、本発明の電子放出装置として機能する。電子放出素子１８の配列については、種々のものを採用できるが、ここでは、図４を用いてその一例を説明する。
【００２１】
電子放出装置は、リアプレート１０の内面に、多数の電子放出素子１８を整列配置して構成される。すなわち、図中Ｘ方向（上下方向）にｎ個、Ｙ方向（左右方向）にｍ個の電子放出素子１８が形成されている。
【００２２】
各電子放出素子１８の一方の電極は、それぞれ同じ行にある電子放出素子１８同士で共通の配線により接続されている。これをＹ配線と呼ぶ。Ｙ配線は、Ｙ１からＹｍまでｍ本ある。また、各電子放出素子１８の他方の電極は、それぞれ同じ列にある電子放出素子１８同士で共通の配線により接続されている。これをＸ配線と呼ぶ。Ｘ配線は、Ｘ１からＸｎまでｎ本ある。
【００２３】
Ｘ配線およびＹ配線は、各電子放出素子１８の後述する一対の電極膜と同様な材料で、同様な成膜およびパターニング方法で形成される。また、全てのＸ配線とＹ配線との間には交差点があるが、全ての交差点は図示しない絶縁膜により、電気的に絶縁されているものとする。この絶縁膜として、例えば、真空蒸着法、印刷＜ＢＲ＞法、スパッタ法等を用いて形成されるＳｉＯ２等がある。
【００２４】
例えば、Ｙ配線には、Ｙ方向に配列した電子放出素子１８の行を選択するための信号電圧（走査信号）が印加され、Ｘ配線にはＸ方向に配列した電子放出素子１８の電流を変調するための信号電圧（変調信号）が印加されるようになっている。従って、各電子放出素子１８に印加される駆動電圧は、各電子放出素子１８に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００２５】
例えば、特定の電子放出素子１８に着目して、Ｙ配線にマイナスしきい値電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加し、Ｘ配線に０［Ｖ］を印加した場合は、素子電極間にはしきい値電圧が印加されることになる。
【００２６】
従って、例えば、配線Ｙ１にマイナスのしきい値電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加（走査信号を入力）し、配線Ｘ１に０［Ｖ］、Ｘ２〜Ｘｎには０［Ｖ］以上の任意電圧（変調信号）を印加する事により、配線Ｙ１と配線Ｘ１に配線された電子放出素子１８では、素子電流は放出されず、その他の電子放出素子１８では任意の素子電流が放出されることになる。
【００２７】
この様に、上記構成の電子放出装置においては、単純なマトリクス配線を用いて、特定の電子放出素子１８を選択的に独立して駆動することが可能である。
【００２８】
また、上記のように構成されたフェースプレート１２とリアプレート１０の周縁部同士を接合する側壁１４は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２０により、リアプレート１０の周縁部およびフェースプレート１２の周縁部に封着され、フェースプレート１２およびリアプレート１０を接合している。
【００２９】
さらに、ＳＥＤは、リアプレート１０およびフェースプレート１２の間に配設されたスペーサアッセンブリ２２を備えている。このスペーサアッセンブリ２２は、板状のグリッド２４と、グリッドの両面に一体的に立設された複数の柱状のスペーサ３０と、を備えて構成されている。
【００３０】
詳細に述べると、グリッド２４はフェースプレート１２の内面に対向した第１面２４ａおよびリアプレート１０の内面に対向した第２面２４ｂを有し、これらのプレート１０、１２と平行に配置されている。そして、グリッド２４には、エッチング等により多数のビーム通過孔２６および複数のスペーサ開孔２８が形成されている。ビーム通過孔２６は、それぞれ電子放出素子１８に対向して配列されているとともに、スペーサ開孔２８は、それぞれビーム通過孔間に位置し所定のピッチで配列されている。
【００３１】
グリッド２４は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により厚さ０．１〜０．２５ｍｍに形成されているとともに、その表面には、金属板を構成する元素からなる酸化膜、例えば、Ｆｅ３Ｏ４、ＮｉＦｅ３Ｏ４からなる酸化膜が形成されている。また、ビーム通過孔２６は、０．１５〜０．２５ｍｍ×０．２０〜０．４０ｍｍの矩形状に形成され、スペーサ開孔２８は直径が約０．１〜０．２ｍｍの略円形に形成されている。
【００３２】
グリッド２４の第１面２４ａ上には、各スペーサ開孔２８に重ねて第１スペーサ３０ａが一体的に立設され、その延出端は、メタルバック１７および蛍光体スクリーン１６の黒色着色層１６ｂを介してフェースプレート１２の内面に当接している。また、グリッド２４の第２面２４ｂ上には、各スペーサ開孔２８に重ねて第２スペーサ３０ｂが一体的に立設され、その延出端は、リアプレート１０の内面に当接している。そして、各スペーサ開孔２８、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは互いに整列して位置し、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂはこのスペーサ開孔２８を介して互いに一体的に連結されている。
【００３３】
第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂの各々は、グリッド２４側からその延出端に向かって徐々に径が小さくなる先細のテーパ形状、すなわち、より詳細には略円錐台形状に形成されている。
【００３４】
例えば、各第１スペーサ３０ａは、グリッド２４側の端の径が約４００μｍ、延出端側の径が約２８０μｍ、高さが約０．３〜０．５ｍｍに形成され、アスペクト比（高さ／グリッド側端の径）は０．７５〜１．２５となっている。
【００３５】
また、各第２スペーサ３０ｂは、グリッド２４側の端径が約４００μｍ、延出端側の径が約１５０μｍ、高さが約１〜１．２ｍｍに形成され、アスペクト比は、２．５〜３となっている。
【００３６】
前述したように、グリッドに形成された各スペーサ開孔２８の径は約０．１〜０．２ｍｍであり、第１スペーサ３０ａのグリッド側端の径、及び第２スペーサ３０ｂのグリッド側端の径よりも十分に小さく、設定されている。そして、第１スペーサ３０ａおよび第２スペーサ３０ｂをスペーサ開孔２８と同軸的に整列して一体的に設けることにより、第１および第２スペーサはスペーサ開孔２８を通して互いに一体的に連結され、グリッド２４と一体に形成されている。
【００３７】
そして、上記のように構成されたスペーサアッセンブリ２２のグリッド２４は、図示しない電源から所定の電圧が印加され、クロストークを防止するとともに各ビーム通過孔２６により対応する電子放出素子１８から放出された電子ビームを所望の蛍光体層上に収束する。また、第１および第２スペーサ３０ａ、３０ｂは、フェースプレート１２およびリアプレート１０の内面に当接することにより、これらのプレートに作用する大気圧荷重を支持し、プレート間の間隔を所定値に維持している。
【００３８】
さらに、上記のように製造されたスペーサアッセンブリ２２を組み込んでＳＥＤを製造する。この場合、予め、電子放出素子１８が設けられているとともに側壁１４が接合されたリアプレート１０と、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７の設けられたフェースプレート１２とを用意しておく。そして、上記のように製造されたスペーサアッセンブリ２２をリアプレート１０上に位置決めした状態で、このリアプレート１０およびフェースプレート１２を図示しない真空チャンバ内に配置する。そして、真空チャンバ内を真空排気した状態で、側壁１４を介してフェースプレート１２をリアプレート１０に接合する。これにより、スペーサアッセンブリ２２を備えたＳＥＤが製造される。
【００３９】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る電子表出素子１８について、図５を参照して説明する。図５には、１つの電子放出素子１８をリアプレート１０の内面側から見た平面図を示してある。
【００４０】
この電子放出素子１８は、リアプレート１０の内面に、互いに離間した２つの素子電極３１、３２（電極膜）を形成し、素子電極３１、３２間のギャップをつなぐように複数の導電膜３４を形成し、ギャップの略中間位置で各導電膜３４に電子放出部３６を形成して構成されている。
【００４１】
リアプレート１０の材料として、本実施の形態で採用した石英ガラスの他に、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガラスにスパッタ法等によりＳｉＯ２を積層した積層体、アルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることができる。
【００４２】
また、素子電極３１、３２の材料としては、一般的な導体材料を用いることができ、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、或は合金印刷導体、半導体材料等から適宜選択される。本実施の形態では、Ｐｔにより素子電極３１、３２を形成した。
【００４３】
各素子電極３１、３２は、それぞれ１辺が５５μｍの正方形状に形成され、対向する端辺同士が２０μｍの均一なギャップを形成する位置に対向配置されている。
【００４４】
導電膜３４の材料としては、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、Ｓｂ２Ｏ３等の酸化物導電体、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、ＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＹＢ４、ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等が挙げられる。
【００４５】
本実施の形態では、Ｐｄをスパッタリングにより形成して大気中で加熱して酸化させた後、フォトリソグラフィー或いはドライエッチングにより、幅４μｍ、長さ４０μｍのパターンを形成し、ギャップの長さ方向に沿って１μｍ間隔で並んだ１１個の導電膜３４を形成した。
【００４６】
導電膜３４には、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いる事が好ましい。その膜厚は、数Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましい。
【００４７】
電子放出部３６は、導電膜３４の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電膜３４の膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法等に依存したものとなる。
【００４８】
電子放出部３６の内部には、直径が数Åから数十ｎｍの範囲の導電性微粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電膜３４を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するものとなる。また、電子放出部３６及びその近傍の導電膜３４には、炭素及び炭素化合物を有することもできる。
【００４９】
次に、上記構造の電子放出素子１８の製造方法について、その一例をあげて説明する。
【００５０】
まず、リアプレート１０を有機溶剤により十分に洗浄し、真空蒸着法により素子電極３１、３２の材料となるＰｔを成膜する。この後、フォトリソグラフィー技術により、上述した形状の素子電極３１、３２をリアプレート１０上に形成する。
【００５１】
次に、上記のように素子電極３１、３２を設けたリアプレート１０上に、有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。有機金属溶液には、導電膜３４の材料（本実施の形態ではＰｄ）を主元素とする有機化合物の溶液を用いることができる。そして、この有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング、レーザ加工等によりパターニングし、導電膜３４を形成する。尚、有機金属溶液の塗布方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いることができる。
【００５２】
さらに、各導電膜３４に電子放出部３６を形成するためのフォーミング処理を行う。フォーミング処理は、通常、一対の素子電極３１、３２に電位差を与えて各導電膜３４に通電することにより行う。
【００５３】
つまり、素子電極３１、３２間に、電圧を印加する事により、導電膜３４内に、ジュール熱が発生し、導電膜３４に亀裂が生じ、電子放出部３６が形成される。フォーミング処理時における電圧は、パルス波形が望ましい。フォーミング処理の終了は、例えば、０．１［Ｖ］程度の電圧印加により流れる電流を測定し、抵抗値を求めて、１［ＭΩ］以上の抵抗を示した時点とすることができる。
【００５４】
本実施の形態では、素子電極３１、３２と導電膜３４を形成した状態のリアプレート１０を図示しない真空装置内に設置し、−４乗Ｐａ台の真空中で素子電極３１、３２間に電圧を印加した。電圧波形は矩形波パルスとし、パルス幅を０．１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔を１６［ｍｓｅｃ］、波高値を１０［Ｖ］として、６０秒間電圧を印加した。この結果、素子電極３１、３２が対向する端辺と平行に、１１個の導電膜３４の略中間位置にそれぞれ細長い電子放出部３６が形成された。
【００５５】
上記のようにフォーミング処理を終えた電子放出素子１８には活性化処理を施すのが好ましい。活性化処理とは、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、フォーミング処理と同様に、素子電極３１、３２間にパルス状の電圧を印加することで実施される。この活性化処理により、後述する素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅが著しく増加する。
【００５６】
活性化処理にて有機物質のガスを含有する雰囲気は、油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空装置内を排気した場合に雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することができる他、真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。適当な有機物質としては、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、有機酸類等がある。
【００５７】
本実施の形態では、真空装置中にメタンを−３乗Ｐａ台で導入し、活性化処理を実施した。素子電極３１、３２に印加する電圧は、１８［Ｖ］の矩形パルスで、パルス幅を１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔を１０［ｍｓｅｃ］とし、３０分間電圧を印加した。
【００５８】
この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化するようになる。尚、堆積物の膜厚は、５０［ｎｍ］以下の範囲とするのが好ましく、３０［ｎｍ］以下の範囲とすることがより好ましい。
【００５９】
最後に、上述した処理工程を経て得られた電子放出素子１８には、安定化処理を実施することが好ましい。この安定化処理は、真空装置内の有機物質を排気する処理である。真空装置を排気する真空排気装置は、当該装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。
【００６０】
真空装置内の有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１０−６Ｐａ以下が好ましく、さらには１０−８Ｐａ以下が特に好ましい。さらに、真空装置内を排気するときには、真空装置全体を加熱して、真空装置内壁や、電子放出素子１８に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。
【００６１】
次に、上記のように製造された電子放出素子１８の基本特性について、図６および図７を参照して説明する。図６には電子放出素子１８の特性を評価するための特性評価装置の概念図を示してあり、図７には評価結果の一例をグラフにして示してある。
【００６２】
図６に示すように、特性評価装置４０は、評価対象となる電子放出素子１８をセットする真空容器４２を有する。真空容器４２内は、有機成分が十分に排気された状態に保たれる。また、真空容器４２内には、電子放出素子１８の電子放出面に対向するアノード電極４４が設けられている。アノード電極４４は、電子放出素子１８の上方に２［ｍｍ］離間した位置に設けられている。
【００６３】
電子放出素子１８の素子電極３１、３２間には、電源５１により、パルス形状の電圧が印加され、素子電極３１、３２間を流れる電流Ｉｆ（以下、素子電流Ｉｆと称する）が電流測定計５２で測定される。また、アノード電極４４には、電源５３により、数１００〜数１０［ｋＶ］のアノード電圧が印加され、このとき電子放出素子１８から放出されてアノード電極４４を流れる電流Ｉｅ（以下、放出電流Ｉｅと称する）が電流測定計５４で測定される。
【００６４】
図７には、この特性評価装置４０で評価を行った電子放出素子１８の素子特性を模式的に示した。この時のアノード電圧は一定とした。図７から明らかの様に、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅと素子電圧Ｖｆとは、Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍの関係に従う、電界電子放出特性を示している。電界電子放出では、電子放出のしきい値電圧を有している。
【００６５】
つまり、しきい値電圧以上の素子電圧Ｖｆにより、放出電流Ｉｅを任意にコントロールすることが可能である。逆に、しきい値電圧以下の素子電圧Ｖｆでは、放出電流Ｉｅを放出させない事も可能である。この特性を利用すると複数の電子放出素子１８を配して構成した電子放出装置、および表示装置への応用が可能となる。
【００６６】
本実施の形態の電子放出素子１８を上記特性評価装置４０にセットして特性を評価したところ、次のような結果が得られた。
【００６７】
評価時の真空は１×１０−７［Ｐａ］である。アノード電極４４は、Ｔａにより形成し、電子放出素子１８との間隔を２ｍｍとし、アノード電圧を５［ｋＶ］とした。この状態で、当該電子放出素子１８の素子電極３１、３２間に素子電圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定した。この結果、素子電圧８［Ｖ］程度から急激に素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１７［Ｖ］では素子電流Ｉｆが０．８５［ｍＡ］、放出電流Ｉｅが４．７［μＡ］となった。
【００６８】
これに対し、多数の導電膜３４を持たない点のみが本実施の形態の電子放出素子１８と異なる従来型の素子を用意し、本実施の形態の電子放出素子１８とその寿命特性を比較評価した。尚、従来型の電子放出素子の導電膜は、直径５［μｍ］の円形に形成した。
【００６９】
比較評価では、本実施の形態の電子放出素子１８と従来型の電子放出素子とをそれぞれ１００個ずつ同一基板上に作成し、素子電圧を１７［Ｖ］、パルス幅を１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔を１６［ｍｓｅｃ］、アノード電圧を５［ｋＶ］として、５０時間の評価を実施した。
【００７０】
そして、５０時間評価後に、各電子放出素子の素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを検出し、各電流値を初期値と比較した保持率を調べた。その結果を図８に示す。これよると、素子電流Ｉｆの保持率および放出電流Ｉｅの保持率ともに、本実施の形態の電子放出素子１８の方が従来のものと比較して、保持率の高い試験体の個数が多いことがわかる。つまり、本実施の形態の電子放出素子１８は冗長設計により、従来の素子に比較して、安定した寿命特性を有している事が確認された。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によると、一対の素子電極３１、３２をつなぐように複数に分割した導電膜３４を設けたため、従来のように１枚の導電膜を設けた素子と比較して、経時的な特性劣化を抑制でき、使用寿命を延長できる。つまり、イオン衝撃によって導電膜３４が破壊されるような場合であっても、本実施の形態の電子放出素子１８は複数の導電膜３４を有するため、イオンが衝突した導電膜３４だけが破壊されることになり、他の導電膜３４に影響が及ぼされることがない。これに対し、１枚の導電膜しか持たない従来の素子では、イオン衝撃によって唯一の導電膜が破壊されることとなり、この時点で素子の動作が不能となる。
【００７２】
また、上述したように複数の導電膜３４を有する電子放出素子１８を備えた電子放出装置、および表示装置においては、全ての電子放出素子１８の使用寿命を略均一にでき、長期間にわたって画面に欠点等の不具合を生じることを防止でき、良質な画像を表示できる。
【００７３】
次に、この発明の第２の実施の形態に係る電子放出素子６０について、図９を参照して説明する。尚、この電子放出素子６０は、上述した電子放出素子１８と形状が異なるが、製造工程は同じである。
【００７４】
電子放出素子６０は、互いに対向する部位が櫛形に形成された一対の素子電極６１、６２を有する。言い換えると、素子電極６１（６２）は、他方の素子電極６２（６１）に向かって互いに略平行に延びた複数本の矩形部分６１ａ（６２ａ）を有する。矩形部分６１ａ（６２ａ）は、５０［μｍ］の長さ、および３．５［μｍ］の幅をそれぞれ有し、互いに入れ子状に配置され、隣接する矩形部分６２ａ（６１ａ）との間のギャップが３［μｍ］に設定されている。
【００７５】
つまり、このように電極の端辺を折り曲げた櫛形形状にすることにより、一対の素子電極６１、６２間に形成されるギャップの長さを、上述した第１の実施の形態の電子放出素子１８のギャップと比較して飛躍的に長くすることができる。言い換えると、素子電極の対向する端辺を折り曲げることにより、ギャップの長さを少なくとも電極の幅より長くできる。
【００７６】
そして、このようにして長くされたギャップをつなぐように、多数の導電膜６４が互いに離間して独立して設けられる。各導電膜６４は、矩形部分に沿った長さが５［μｍ］に形成され、それと直交する方向の長さが４［μｍ］に形成されている。
【００７７】
また、各導電膜６４には、ギャップの略中間位置で、電子放出部６６が形成されている。電子放出部６６は、一対の素子電極６１、６２間に電位差を与えることにより形成される。
【００７８】
以上のように、本実施の形態によると、延長されたギャップに多くの導電膜６４を形成できるため、各導電膜６４に形成される電子放出部６６の全長、すなわち電子放出部全体の面積も大きくできる。具体的には、本実施の形態では、第１の実施の形態の電子放出部３６の約５．８倍の面積の電子放出部を確保できた。
【００７９】
また、これにより、所望する素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを得るための素子電圧を低くできた。具体的には、第１の実施の形態の素子電圧より２．３［Ｖ］低くできた。つまり、電子放出部の単位長さ当りの電流値を８３％軽減できた。
【００８０】
この電子放出素子６０を基板上に１０個形成して、評価装置を用いて第１の実施の形態と同じ条件で駆動したところ、５０時間経っても素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅともに保持率が９５％以上であった。つまり、本実施の形態では、素子電圧を抑えた上で十分な量の電子を安定して放出できるようになった。
【００８１】
次に、この発明の第３の実施の形態に係る電子放出素子７０について、図１０を参照して説明する。
【００８２】
電子放出素子７０は、互いに対向する部位が楔形に形成された一対の素子電極７１、７２を有する。言い換えると、素子電極７１（７２）は、他方の素子電極７２（７１）に向かって延びた二等辺三角形状の楔部分７１ａ（７２ａ）を有する。楔部分７１ａ（７２ａ）は、底辺が１０［μｍ］、高さが４５［μｍ］に形成され、各素子電極７１、７２に４つずつ設けられている。対向する素子電極７１、７２は、その入れ子状に配置された隣接する楔部分７１ａ、７２ａ間のギャップが２［μｍ］になるように位置決めされて形成されている。
【００８３】
本実施の形態においても、一対の素子電極７１、７２間に形成されるギャップの長さを長くすることができる。そして、このようにして長くされたギャップをつなぐように、多数の導電膜７４が互いに離間して独立して設けられる。各導電膜７４は、長さが５０［μｍ］、幅が４．５［μｍ］に形成されており、複数の楔部分７１ａ、７２ａをつなぐように設けられている。
【００８４】
また、各導電膜７４には、複数箇所で素子電極７１、７２をつなぐそれぞれの位置で、ギャップの略中間位置に電子放出部７６が形成されている。言い換えると、各導電膜７４は、複数の電子放出部７６を有する。
【００８５】
以上のように、本実施の形態の電子放出素子７０も、上述した第１および第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。具体的には、本実施の形態では、第１の実施の形態の電子放出部３６の約４．５倍の面積の電子放出部を確保できた。また、所望する素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを得るための素子電圧を低くできた。具体的には、第１の実施の形態の素子電圧より２．１［Ｖ］低くできた。言い換えると、電子放出部の単位長さ当りの電流値を７８％軽減できた。
【００８６】
また、この電子放出素子７０を基板上に１０個形成して、評価装置を用いて第１の実施の形態と同じ条件で駆動したところ、５０時間経っても素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅともに保持率が９５％以上であった。つまり、本実施の形態でも、素子電圧を抑えた上で十分な量の電子を安定して放出できるようになった。
【００８７】
尚、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上述した実施の形態では、素子電極間のギャップを長くするように電極が対向する端辺を櫛形或いは楔型に形成した場合について説明したが、これに限らず、素子電極の形状は任意に設定できる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の電子放出素子は、上記のような構成および作用を有しているので、経時的な特性劣化を抑制しつつ使用寿命を延長でき、十分な量の電子を安定して放出できる。
【００８９】
また、上記電子放出素子を複数個備えたこの発明の電子放出装置、および表示装置は、電子放出装置の使用寿命を均一化できることから、長期間にわたって安定したパフォーマンスを発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る表示装置を示す外観斜視図。
【図２】図１の表示装置の断面図。
【図３】図２を部分的に拡大して示す図。
【図４】図１の表示装置に組み込まれた電子放出装置を示す概念図。
【図５】図４の装置に組み込まれた第１の実施の形態に係る電子放出素子を示す平面図。
【図６】図５の電子放出素子の特性を評価するための評価装置を示す概念図。
【図７】図６の評価装置による評価の一例を示すグラフ。
【図８】図５の電子放出素子の特性を評価した結果を従来と比較して示す図。
【図９】この発明の第２の実施の形態に係る電子放出素子を示す平面図。
【図１０】この発明の第３の実施の形態に係る電子放出素子を示す平面図。
【符号の説明】
１０…リアプレート、
１２…フェースプレート、
１４…側壁、
１６…蛍光体スクリーン、
１８…電子放出素子、
２２…スペーサアッセンブリ、
３１、３２…素子電極、
３４…導電膜、
３６…電子放出部、
４０…特性評価装置、
６０、７０…電子放出素子。
【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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