(57)【要約】【課題】シールド電極１５とアノード電極３４との間で異常放電が発生した場合であっても、損傷が発生し難い構造を有する冷陰極電界電子放出表示装置を提供する。【解決手段】カソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰとがそれらの周縁部で接合されて成る表示部ＤＰ、アノード電極制御回路４３、カソード電極制御回路４０、ゲート電極制御回路４１、及び、シールド電極制御回路４２から構成された冷陰極電界電子放出表示装置は、アノード電極３４とアノード電極制御回路４３との間に抵抗値ＲＡを有する第１の抵抗部材５０が設けられ、シールド電極１５とシールド電極制御回路４２との間に抵抗値ＲＳを有する第２の抵抗部材５１が設けられており、アノード電極制御回路の出力電圧をＶＡとしたとき、ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝≦１００を満足する。【選択図】  図１
2004241292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードパネルとアノードパネルとがそれらの周縁部で接合されて成る表示部、アノード電極制御回路、カソード電極制御回路、ゲート電極制御回路、及び、シールド電極制御回路から構成された冷陰極電界電子放出表示装置であって、
該カソードパネルは、
（Ａ）支持体、
（Ｂ）支持体上に形成され、それぞれがカソード電極制御回路に接続され、第１の方向に延びる複数のカソード電極、
（Ｃ）支持体及びカソード電極上に形成された絶縁層、
（Ｄ）絶縁層上に形成され、それぞれがゲート電極制御回路に接続され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数のゲート電極、
（Ｅ）カソード電極とゲート電極の重複する重複領域に位置するゲート電極及び絶縁層の部分に形成された少なくとも１つの開口部、
（Ｆ）各重複領域に設けられた開口部の底部に位置する電子放出領域、並びに、
（Ｇ）ゲート電極の上方に配設され、シールド電極制御回路に接続されたシールド電極、
から成り、
該アノードパネルには、
（Ｈ）蛍光体層、及び、
（Ｉ）アノード電極制御回路に接続されたアノード電極、
が設けられており、
（Ｊ）アノード電極とアノード電極制御回路との間には、抵抗値ＲＡを有する第１の抵抗部材が設けられ、
（Ｋ）シールド電極とシールド電極制御回路との間には、抵抗値ＲＳを有する第２の抵抗部材が設けられており、
アノード電極制御回路の出力電圧をＶＡとしたとき、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝≦１００
を満足することを特徴とする冷陰極電界電子放出表示装置。
【請求項２】
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝≦５０
を満足することを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電子放出表示装置。
【請求項３】
カソードパネルとアノードパネルとがそれらの周縁部で接合されて成る表示部、アノード電極制御回路、カソード電極制御回路、ゲート電極制御回路、及び、シールド電極制御回路から構成された冷陰極電界電子放出表示装置であって、
該カソードパネルは、
（Ａ）支持体、
（Ｂ）支持体上に形成され、それぞれがカソード電極制御回路に接続され、第１の方向に延びる複数のカソード電極、
（Ｃ）支持体及びカソード電極上に形成された絶縁層、
（Ｄ）絶縁層上に形成され、それぞれがゲート電極制御回路に接続され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数のゲート電極、
（Ｅ）カソード電極とゲート電極の重複する重複領域に位置するゲート電極及び絶縁層の部分に形成された少なくとも１つの開口部、
（Ｆ）各重複領域に設けられた開口部の底部に位置する電子放出領域、並びに、
（Ｇ）ゲート電極の上方に配設され、シールド電極制御回路に接続されたシールド電極、
から成り、
該アノードパネルには、
（Ｈ）蛍光体層、及び、
（Ｉ）アノード電極制御回路に接続されたアノード電極、
が設けられており、
（Ｊ）アノード電極とアノード電極制御回路との間には、抵抗値ＲＡを有する第１の抵抗部材が設けられ、
（Ｋ）シールド電極とシールド電極制御回路との間には、抵抗値ＲＳを有する第２の抵抗部材が設けられており、
アノード電極制御回路の出力電圧をＶＡとし、
ゲート電極制御回路からゲート電極に印加される電圧ＶＧとカソード電極制御回路からカソード電極に印加される電圧ＶＣとの最大電位差をΔＶＭＡＸとし、
シールド電極とゲート電極全体との間の容量をＣＳＧとし、
ゲート電極とカソード電極全体との間の容量をＣＧＣとしたとき、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦１０ΔＶＭＡＸ
を満足することを特徴とする冷陰極電界電子放出表示装置。
【請求項４】
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦５ΔＶＭＡＸ
を満足することを特徴とする請求項３に記載の冷陰極電界電子放出表示装置。
【請求項５】
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦２ΔＶＭＡＸ
を満足することを特徴とする請求項３に記載の冷陰極電界電子放出表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極電界電子放出表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビジョン受像機や情報端末機器に用いられる表示装置の分野では、従来主流の陰極線管（ＣＲＴ）から、薄型化、軽量化、大画面化、高精細化の要求に応え得る平面型（フラットパネル型）の表示装置への移行が検討されている。このような平面型の表示装置として、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬＤ）、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）、冷陰極電界電子放出表示装置（ＦＥＤ：フィールドエミッションディスプレイ）を例示することができる。このなかでも、液晶表示装置は情報端末機器用の表示装置として広く普及しているが、据置き型のテレビジョン受像機に適用するには、高輝度化や大型化に未だ課題を残している。これに対して、冷陰極電界電子放出表示装置は、熱的励起によらず、量子トンネル効果に基づき固体から真空中に電子を放出することが可能な冷陰極電界電子放出素子（以下、電界放出素子と呼ぶ場合がある）を利用しており、高輝度及び低消費電力の点から注目を集めている。
【０００３】
このような電界放出素子の一例として、特開平９−９０８９８の図２に開示された電界放出素子の模式的な一部端面図を図１６に再掲する。
【０００４】
この電界放出素子にあっては、基板１の上に絶縁層２が堆積されており、絶縁層２の上には金属薄膜の制御電極（ゲート電極）３が積層されている。絶縁層２と制御電極３には単数あるいは複数のキャビティ（開口部）が形成され、その中に円錐状のエミッタ（電子放出部）４が形成されている。制御電極３の上には絶縁層５、収束電極６がエミッタ４の付近を除いて積層されている。基板１、絶縁層２、制御電極３、エミッタ４、絶縁層５、収束電極６で微小冷陰極（電界放出素子）７が構成され、単数あるいは複数の微小冷陰極７で冷陰極１５が構成される。実際には、エミッタ（電子放出部）４から放出された電子ビーム８は陽極（アノード電極）９に衝突し、正の電圧を発生する陽極電源（アノード電極制御回路）１０に流れる。
【０００５】
制御電極（ゲート電極）３に印加する電圧は制御電極電源（ゲート電極制御回路）１７で発生され、収束電極６には制御電極３に印加する電圧を可変抵抗器１４で分圧した電圧が印加される。この結果、制御電極３の電圧と収束電極６の電圧の比は可変抵抗器１４で設定した値に常に保たれる。可変抵抗器１４によってあるビーム電流量における収束状態を調節すれば、制御電極電源１７の出力電圧によってエミッタ４から取り出す電子ビーム電流設定値を変えてもほぼ同じ収束状態が保持される。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９０８９８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような表示装置においては、陽極（アノード電極）９と収束電極６との間の距離は高々１ｍｍ程度しかなく、陽極９と収束電極６との間で異常放電（真空アーク放電）が発生し易い。異常放電が発生すると、収束電極６や制御電極（ゲート電極）３の電位が異常に上昇し、表示品質が著しく損なわれるだけでなく、電界放出素子（制御電極３、エミッタ４）や、収束電極６、陽極（アノード電極）９に損傷が発生する。
【０００８】
従って、本発明の目的は、例えば、収束電極として機能する電極とアノード電極との間で異常放電が発生した場合であっても、冷陰極電界電子放出表示装置を構成する部材に損傷が発生し難い構造を有する冷陰極電界電子放出表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様及び第２の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置は、
カソードパネルとアノードパネルとがそれらの周縁部で接合されて成る表示部、アノード電極制御回路、カソード電極制御回路、ゲート電極制御回路、及び、シールド電極制御回路から構成された冷陰極電界電子放出表示装置であって、
該カソードパネルは、
（Ａ）支持体、
（Ｂ）支持体上に形成され、それぞれがカソード電極制御回路に接続され、第１の方向に延びる複数のカソード電極、
（Ｃ）支持体及びカソード電極上に形成された絶縁層、
（Ｄ）絶縁層上に形成され、それぞれがゲート電極制御回路に接続され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数のゲート電極、
（Ｅ）カソード電極とゲート電極の重複する重複領域に位置するゲート電極及び絶縁層の部分に形成された少なくとも１つの開口部、
（Ｆ）各重複領域に設けられた開口部の底部に位置する電子放出領域、並びに、
（Ｇ）ゲート電極の上方に配設され、シールド電極制御回路に接続されたシールド電極、
から成り、
該アノードパネルには、
（Ｈ）蛍光体層、及び、
（Ｉ）アノード電極制御回路に接続されたアノード電極、
が設けられており、
（Ｊ）アノード電極とアノード電極制御回路との間には、抵抗値ＲＡを有する第１の抵抗部材が設けられ、
（Ｋ）シールド電極とシールド電極制御回路との間には、抵抗値ＲＳを有する第２の抵抗部材が設けられている。
【００１０】
そして、本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置は、
アノード電極制御回路の出力電圧をＶＡとしたとき、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝≦１００
好ましくは、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝≦５０
を満足することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置は、
アノード電極制御回路の出力電圧をＶＡとし、
ゲート電極制御回路からゲート電極に印加される電圧ＶＧとカソード電極制御回路からカソード電極に印加される電圧ＶＣとの最大電位差をΔＶＭＡＸとし、
シールド電極とゲート電極全体との間の容量をＣＳＧとし、
ゲート電極とカソード電極全体との間の容量をＣＧＣとしたとき、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦１０ΔＶＭＡＸ
好ましくは、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦５ΔＶＭＡＸ
一層好ましくは、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦２ΔＶＭＡＸ
を満足することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置（以下、これらを総称して、単に、本発明の表示装置と呼ぶ場合がある）において、カソード電極制御回路、ゲート電極制御回路、アノード電極制御回路及びシールド電極制御回路は周知の回路から構成することができる。アノード電極制御回路の出力電圧ＶＡは、通常、一定であり、例えば、５キロボルト〜１０キロボルトとすることができる。一方、カソード電極に印加する電圧ＶＣ及びゲート電極に印加する電圧ＶＧに関しては、▲１▼カソード電極に印加する電圧ＶＣを一定とし、ゲート電極に印加する電圧ＶＧを変化させる方式、▲２▼カソード電極に印加する電圧ＶＣを変化させ、ゲート電極に印加する電圧ＶＧを一定とする方式、▲３▼カソード電極に印加する電圧ＶＣを変化させ、且つ、ゲート電極に印加する電圧ＶＧも変化させる方式がある。
【００１３】
第１の抵抗部材及び第２の抵抗部材は、例えばチップ抵抗といったディスクリート部品から構成されていてもよいし、抵抗体薄膜（薄膜抵抗材料あるいは薄膜抵抗材料）から構成されていてもよい。抵抗体薄膜の構成材料として、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やＳｉＣＮといったカーボン系材料；ＳｉＮ；酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、酸化タンタル、窒化タンタル、酸化クロム、酸化チタン等の高融点金属酸化物；アモルファスシリコン等の半導体材料；ＩＴＯを例示することができるが、これらの材料に限定するものではない。
【００１４】
第１の抵抗部材は、高真空状態とされた表示部の内部に設けられていてもよいし、表示部の外部に設けられていてもよいし、場合によっては、アノード電極制御回路内に設けられていてもよい。
【００１５】
第２の抵抗部材は、表示部の内部に設けられていてもよいし、表示部の外部に設けられていてもよいし、場合によっては、シールド電極制御回路内に設けられていてもよい。
【００１６】
シールド電極とゲート電極全体との間の容量（静電容量）ＣＳＧの値は、全てのゲート電極を短絡し、係る短絡されたゲート電極とシールド電極との間の容量（静電容量）を公知の方法で測定することで調べることができる。また、ゲート電極とカソード電極全体との間の容量（静電容量）ＣＧＣの値は、全てのゲート電極を短絡し、全てのカソード電極を短絡し、係る短絡されたゲート電極と短絡されたカソード電極との間の容量（静電容量）を公知の方法で測定することで調べることができる。
【００１７】
本発明の表示装置において、シールド電極は、表示部の内部の有効領域（実際の表示部分として機能する領域）を覆う１枚のシート状の形状とすることが望ましい。尚、シールド電極には、電子放出領域あるいは電子放出部から放出された電子を通過させるための開口部が設けられている。この開口部は、後述する各冷陰極電界電子放出素子毎に設けられていてもよいし、各電子放出領域毎（各重複領域毎）に設けられていてもよい。シールド電極は、ゲート電極及び絶縁層上に絶縁膜を介して形成されていることが好ましい。シールド電極を、収束電極として機能させることができる。
【００１８】
アノード電極は、表示部の内部の有効領域を覆う１枚のシート状の形状とすることもできるし、複数のアノード電極ユニットの集合体から構成することもできる。後者の場合、アノード電極制御回路に接続されたバスラインを表示部の内部の無効領域（有効領域を取り囲む領域）に設け、バスラインと各アノード電極ユニットとを第１の抵抗部材によって接続し、あるいは又、バスラインと各アノード電極ユニットとの接続部に第１の抵抗部材を配設すればよい。
【００１９】
アノード電極ユニットの数（Ｎ）は２以上であればよく、例えば、直線状に配列された１サブピクセルを構成する単位蛍光体層（表示装置において１つの輝点を生成する蛍光体層）の列の総数をｎ列としたとき、Ｎ＝ｎとし、あるいは、ｎ＝α・Ｎ（αは２以上の整数であり、好ましくは１０≦α≦１００、一層好ましくは２０≦α≦５０）としてもよいし、一定の間隔をもって配設されるスペーサの数に１を加えた数とすることができる。また、各アノード電極ユニットの大きさは、アノード電極ユニットの位置に拘わらず同じとしてもよいし、アノード電極ユニットの位置に依存して異ならせてもよい。
【００２０】
本発明の表示装置において、冷陰極電界電子放出素子（以下、電界放出素子と称する）は、
（ａ）支持体上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極、
（ｂ）支持体及びカソード電極上に形成された絶縁層、
（ｃ）絶縁層上に形成され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極、
（ｄ）カソード電極とゲート電極の重複する重複領域に位置するゲート電極及び絶縁層の部分に形成された開口部、
（ｅ）開口部の底部に位置する電子放出部、並びに、
（ｆ）ゲート電極の上方に配設されたシールド電極の部分、
から構成されている。
【００２１】
ここで、冷陰極電界電子放出素子として、
（１）円錐形の電子放出部が、開口部の底部に位置するカソード電極上に設けられたスピント型電界放出素子
（２）多数の電子放出点を有する略平面状の電子放出部が開口部の底部に位置するカソード電極上に設けられ、多数の電子放出点から電子を放出する扁平型電界放出素子
（３）王冠状の電子放出部が開口部の底部に位置するカソード電極上に設けられ、電子放出部の王冠状の部分（多数の電子放出点に相当する）から電子を放出するクラウン型電界放出素子
（４）平坦なカソード電極の表面の多数の電子放出点から電子を放出する平面型電界放出素子
（５）凹凸が形成されたカソード電極の表面の多数の凸部（電子放出点に相当する）から電子を放出するクレータ型電界放出素子
（６）カソード電極のエッジ部の多数点（電子放出点に相当する）から電子を放出するエッジ型電界放出素子
を例示することができる。
【００２２】
尚、電界放出素子として、上述の各種の型式の他に、表面伝導型電子放出素子と通称される素子も知られており、本発明の表示装置に適用することができる。表面伝導型電子放出素子においては、例えばガラスから成る基板上に酸化錫（ＳｎＯ２）、金（Ａｕ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）／酸化錫（ＳｎＯ２）、カーボン、酸化パラジウム（ＰｄＯ）等の材料から成り、微小面積を有する薄膜がマトリクス状に形成され、各薄膜は２つの薄膜片から成り、一方の薄膜片に行方向配線、他方の薄膜片に列方向配線が接続されている。一方の薄膜片と他方の薄膜片との間には数ｎｍのギャップが設けられている。行方向配線と列方向配線とによって選択された薄膜においては、ギャップを介して薄膜から電子が放出される。
【００２３】
ここで、各重複領域に設けられた１又は複数の電界放出素子を構成する電子放出部によって、電子放出領域が構成される。
【００２４】
本発明の表示装置におけるアノードパネルを構成する基板として、ガラス基板、表面に絶縁膜が形成されたガラス基板、石英基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、表面に絶縁膜が形成された半導体基板を挙げることができるが、製造コスト低減の観点からは、ガラス基板、あるいは、表面に絶縁膜が形成されたガラス基板を用いることが好ましい。ガラス基板として、高歪点ガラス、ソーダガラス（Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・ＳｉＯ２）、硼珪酸ガラス（Ｎａ２Ｏ・Ｂ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、鉛ガラス（Ｎａ２Ｏ・ＰｂＯ・ＳｉＯ２）を例示することができる。カソードパネルを構成する支持体も、基板と同様の構成とすることができる。
【００２５】
アノード電極、カソード電極、ゲート電極、シールド電極の構成材料として、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属、これらの金属元素を含む合金あるいは化合物（例えばＴｉＮ等の窒化物や、ＷＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＴｉＳｉ２、ＴａＳｉ２等のシリサイド）、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）、酸化インジウム、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物、あるいはシリコン（Ｓｉ）等の半導体を例示することができる。これらを作製、形成するには、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法、電気メッキ法、無電解メッキ法、スクリーン印刷法、レーザアブレーション法、ゾル−ゲル法等の公知の薄膜形成技術により、上述の構成材料から成る薄膜を被成膜体上に形成する。このとき、薄膜を被成膜体の全面に形成した場合には、公知のパターニング技術を用いて薄膜をパターニングし、各電極を形成する。また、薄膜を形成する前の被成膜体上に予めレジストパターンを形成しておけば、リフトオフ法による各電極の形成が可能である。更に、アノード電極ユニットや、カソード電極、ゲート電極、シールド電極の形状に応じた開口部を有するマスクを用いて蒸着を行ったり、かかる開口部を有するスクリーンを用いてスクリーン印刷を行えば、成膜後のパターニングは不要である。
【００２６】
電界放出素子を構成する絶縁層や、絶縁膜の構成材料として、ＳｉＯ２、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低融点ガラス、ガラスペーストといったＳｉＯ２系材料、ＳｉＮ、ポリイミド等の絶縁性樹脂を、単独あるいは適宜組み合わせて使用することができる。絶縁層や絶縁膜の形成には、ＣＶＤ法、塗布法、スパッタリング法、スクリーン印刷法等の公知のプロセスが利用できる。
【００２７】
電子放出部に関しては、後に詳しく説明する。
【００２８】
アノード電極の構成材料は、表示部の構成によって適宜選択すればよい。即ち、表示部が透過型（アノードパネルが表示面に相当する）であって、且つ、アノードパネルを構成する基板上にアノード電極と蛍光体層がこの順に積層されている場合には、基板は元より、アノード電極自身も透明である必要があり、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料を用いる。一方、表示部が反射型（カソードパネルが表示面に相当する）である場合、及び、透過型であっても基板上に蛍光体層とアノード電極とがこの順に積層されている場合には、ＩＴＯの他、アルミニウム（Ａｌ）あるいはクロム（Ｃｒ）を用いることができる。アルミニウム（Ａｌ）あるいはクロム（Ｃｒ）からアノード電極を構成する場合、アノード電極の厚さとして、具体的には、３×１０−８ｍ（３０ｎｍ）乃至１．５×１０−７ｍ（１５０ｎｍ）、好ましくは５×１０−８ｍ（５０ｎｍ）乃至１×１０−７ｍ（１００ｎｍ）を例示することができる。アノード電極は、蒸着法やスパッタリング法にて形成することができる。
【００２９】
蛍光体層は、単色の蛍光体粒子から構成されていても、３原色の蛍光体粒子から構成されていてもよい。また、蛍光体層の配列様式は、ドットマトリクス状であっても、ストライプ状であってもよい。尚、ドットマトリクス状やストライプ状の配列様式においては、隣り合う蛍光体層の間の隙間がコントラスト向上を目的としたブラックマトリックスで埋め込まれていてもよい。
【００３０】
アノードパネルには、更に、蛍光体層から反跳した電子、あるいは、蛍光体層から放出された二次電子が他の蛍光体層に入射し、所謂光学的クロストーク（色濁り）が発生することを防止するための、あるいは又、蛍光体層から反跳した電子、あるいは、蛍光体層から放出された二次電子が隔壁を越えて他の蛍光体層に向かって侵入したとき、これらの電子が他の蛍光体層と衝突することを防止するための隔壁が、複数、設けられていることが好ましい。
【００３１】
隔壁の平面形状として、格子形状（井桁形状）、即ち、１サブピクセルに相当する、例えば平面形状が略矩形（ドット状）の蛍光体層の四方を取り囲む形状を挙げることができ、あるいは、略矩形あるいはストライプ状の蛍光体層の対向する二辺と平行に延びる帯状形状あるいはストライプ形状を挙げることができる。隔壁を格子形状とする場合、１つの蛍光体層の領域の四方を連続的に取り囲む形状としてもよいし、不連続に取り囲む形状としてもよい。隔壁を帯状形状あるいはストライプ形状とする場合、連続した形状としてもよいし、不連続な形状としてもよい。隔壁を形成した後、隔壁を研磨し、隔壁の頂面の平坦化を図ってもよい。
【００３２】
蛍光体層からの光を吸収するブラックマトリックスが蛍光体層と蛍光体層との間であって隔壁と基板との間に形成されていることが、表示画像のコントラスト向上といった観点から好ましい。ブラックマトリックスを構成する材料として、蛍光体層からの光を９９％以上吸収する材料を選択することが好ましい。このような材料として、カーボン、金属薄膜（例えば、クロム、ニッケル、アルミニウム、モリブデン等、あるいは、これらの合金）、金属酸化物（例えば、酸化クロム）、金属窒化物（例えば、窒化クロム）、耐熱性有機樹脂、ガラスペースト、黒色顔料や銀等の導電性粒子を含有するガラスペースト等の材料を挙げることができ、具体的には、感光性ポリイミド樹脂、酸化クロムや、酸化クロム／クロム積層膜を例示することができる。尚、酸化クロム／クロム積層膜においては、クロム膜が基板と接する。
【００３３】
カソードパネルとアノードパネルとを周縁部において接合する場合、接合は接着層を用いて行ってもよいし、あるいは、ガラスやセラミックス等の絶縁剛性材料から成る枠体と接着層とを併用して行ってもよい。枠体と接着層とを併用する場合には、枠体の高さを適宜選択することにより、接着層のみを使用する場合に比べ、カソードパネルとアノードパネルとの間の対向距離をより長く設定することが可能である。尚、接着層の構成材料としては、フリットガラスが一般的であるが、融点が１２０〜４００゜Ｃ程度の所謂低融点金属材料を用いてもよい。かかる低融点金属材料としては、Ｉｎ（インジウム：融点１５７゜Ｃ）；インジウム−金系の低融点合金；Ｓｎ８０Ａｇ２０（融点２２０〜３７０゜Ｃ）、Ｓｎ９５Ｃｕ５（融点２２７〜３７０゜Ｃ）等の錫（Ｓｎ）系高温はんだ；Ｐｂ９７．５Ａｇ２．５（融点３０４゜Ｃ）、Ｐｂ９４．５Ａｇ５．５（融点３０４〜３６５゜Ｃ）、Ｐｂ９７．５Ａｇ１．５Ｓｎ１．０（融点３０９゜Ｃ）等の鉛（Ｐｂ）系高温はんだ；Ｚｎ９５Ａｌ５（融点３８０゜Ｃ）等の亜鉛（Ｚｎ）系高温はんだ；Ｓｎ５Ｐｂ９５（融点３００〜３１４゜Ｃ）、Ｓｎ２Ｐｂ９８（融点３１６〜３２２゜Ｃ）等の錫−鉛系標準はんだ；Ａｕ８８Ｇａ１２（融点３８１゜Ｃ）等のろう材（以上の添字は全て原子％を表す）を例示することができる。
【００３４】
基板と支持体と枠体の三者を接合する場合、三者同時接合を行ってもよいし、あるいは、第１段階で基板又は支持体のいずれか一方と枠体とを先に接合し、第２段階で基板又は支持体の他方と枠体とを接合してもよい。三者同時接合や第２段階における接合を高真空雰囲気中で行えば、基板と支持体と枠体と接着層とにより囲まれた空間は、接合と同時に真空となる。あるいは、三者の接合終了後、基板と支持体と枠体と接着層とによって囲まれた空間を排気し、真空とすることもできる。接合後に排気を行う場合、接合時の雰囲気の圧力は常圧／減圧のいずれであってもよく、また、雰囲気を構成する気体は、大気であっても、あるいは窒素ガスや周期律表０族に属するガス（例えばＡｒガス）を含む不活性ガスであってもよい。
【００３５】
接合後に排気を行う場合、排気は、基板及び／又は支持体に予め接続されたチップ管を通じて行うことができる。チップ管は、典型的にはガラス管を用いて構成され、基板及び／又は支持体の無効領域（即ち、表示部分として機能する有効領域以外の領域）に設けられた貫通孔の周囲に、フリットガラス又は上述の低融点金属材料を用いて接合され、空間が所定の真空度に達した後、熱融着によって封じ切られる。尚、封じ切りを行う前に、表示部全体を一旦加熱してから降温させると、空間に残留ガスを放出させることができ、この残留ガスを排気により空間外へ除去することができるので好適である。
【００３６】
表示部の内部は高真空状態となっており、表示部には大気圧が加わる。従って、大気圧によって表示部に損傷が発生しないように、表示部内部には、スペーサを配しておくことが好ましい。スペーサを構成する材料として、ガラスや、セラミックス（例えば、ムライトやアルミナ、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコニア、コーディオライト、硼珪酸塩バリウム、珪酸鉄、ガラスセラミックス材料に、酸化チタンや酸化クロム、酸化鉄、酸化バナジウム、酸化ニッケルを添加したもの等）を例示することができる。スペーサは、例えば、アノードパネルに設けられたスペーサ保持部、あるいは、隔壁によって、アノードパネルに固定することができる。
【００３７】
本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置においては、第１の抵抗部材の抵抗値ＲＡ、第２の抵抗部材の抵抗値ＲＳ、及び、アノード電極制御回路の出力電圧ＶＡの関係を規定することによって、アノード電極とシールド電極との間に異常放電が発生したときに、シールド電極の電位が異常に上昇することを防止することができる結果、冷陰極電界電子放出表示装置の表示部を構成する要素の損傷発生や、各種の電極制御回路の損傷発生を防止することができる。
【００３８】
また、本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置においては、第１の抵抗部材の抵抗値ＲＡ、第２の抵抗部材の抵抗値ＲＳ、アノード電極制御回路の出力電圧ＶＡ、シールド電極とゲート電極全体との間の容量（静電容量）ＣＳＧ、及び、ゲート電極とカソード電極全体との間の容量（静電容量）ＣＧＣの関係を規定することによって、アノード電極とシールド電極との間に異常放電が発生したときに、シールド電極の電位が異常に上昇することを防止することができる結果、冷陰極電界電子放出表示装置の表示部を構成する要素の損傷発生や、各種の電極制御回路の損傷発生を防止することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、発明の実施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき本発明を説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
実施の形態１は、本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置（以下、単に、表示装置と略称する）に関する。
【００４１】
実施の形態１の表示装置の模式的な一部端面図を図１に示し、カソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰを分解したときの模式的な部分的斜視図を図２に示し、電子放出領域を上から眺めた模式図を図３に示す。尚、図２においては、シールド電極、絶縁膜及び隔壁の図示を省略している。また、図３には、シールド電極１５、及び、シールド電極１５に設けられた第２開口部１６が示されており、シールド電極１５の下方に位置するゲート電極１３を点線で表し、カソード電極１１を一点鎖線で示す。
【００４２】
実施の形態１の表示装置は、カソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰとがそれらの周縁部で枠体３５を介して接合されて成る表示部ＤＰ、アノード電極制御回路４３、カソード電極制御回路４０、ゲート電極制御回路４１、及び、シールド電極制御回路４２から構成されている。
【００４３】
そして、カソードパネルＣＰは、
（Ａ）支持体１０、
（Ｂ）支持体１０上に形成され、それぞれがカソード電極制御回路４０に接続され、第１の方向に延びる複数のカソード電極１１、
（Ｃ）支持体１０及びカソード電極１１上に形成された絶縁層１２、
（Ｄ）絶縁層１２上に形成され、それぞれがゲート電極制御回路４１に接続され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数のゲート電極１３、
（Ｅ）カソード電極１１とゲート電極１３の重複する重複領域に位置するゲート電極１３及び絶縁層１２の部分に形成された少なくとも１つの開口部１７（ゲート電極１３に形成された開口部１７Ａ、及び、絶縁層１２に形成された開口部１７Ｂ）、
（Ｆ）各重複領域に設けられた開口部１７の底部に位置する電子放出領域１８、並びに、
（Ｇ）ゲート電極１３の上方に配設され、シールド電極制御回路４２に接続されたシールド電極１５、
から成る。
【００４４】
シールド電極１５は、より具体的には、ゲート電極１３及び絶縁層１２上に形成された絶縁膜１４上に形成されており、表示部ＤＰの有効領域全体を覆う１枚のシート状の形状を有する。シールド電極１５及び絶縁膜１４には第２開口部１６が設けられており、この第２開口部１６は開口部１７に連通している。シールド電極１５は、収束電極として機能する。
【００４５】
カソード電極１１とゲート電極１３とは、これらの両電極の射影像が互いに直交する方向に各々ストライプ状に形成されており、これらの両電極の射影像が重複する重複領域が１サブピクセルに相当する領域である。この重複領域に、複数の冷陰極電界電子放出素子（以下、電界放出素子と称する）が設けられている。更に、かかる重複領域が、表示部ＤＰの有効領域内に、通常、２次元マトリックス状に配列されている。
【００４６】
実施の形態１にあっては、電界放出素子は、
（ａ）支持体１０上に形成され、第１の方向に延びるカソード電極１１、
（ｂ）支持体１０及びカソード電極１１上に形成された絶縁層１２、
（ｃ）絶縁層１２上に形成され、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極１３、
（ｄ）カソード電極１１とゲート電極１３の重複する重複領域に位置するゲート電極１３及び絶縁層１２の部分に形成された開口部１７、
（ｅ）開口部１７の底部に位置する電子放出部１１８、並びに、
（ｆ）ゲート電極１３の上方に配設されたシールド電極１５の部分、
から構成されている。
【００４７】
ここで、実施の形態１の電界放出素子は、円錐形の電子放出部１１８が開口部１７の底部に位置するカソード電極１１上に設けられた、スピント型電界放出素子である。各重複領域に設けられた複数の電界放出素子を構成する電子放出部１１８によって、電子放出領域１８が構成されている。また、シールド電極１５は、ゲート電極１３及び絶縁層１２上に形成された絶縁膜１４上に形成されており、シールド電極１５及び絶縁膜１４には第２開口部１６が設けられており、この第２開口部１６は開口部１７に連通している。
【００４８】
一方、アノードパネルＡＰは、基板３０と、基板３０上に形成され、所定のパターンを有する蛍光体層３１（赤色発光蛍光体層３１Ｒ，青色発光蛍光体層３１Ｂ，緑色発光蛍光体層３１Ｇ）と、その上に形成されたアノード電極３４から構成されている。アノード電極３４は、全体として、表示部ＤＰの有効領域を覆う形状を有し、例えばアルミニウム薄膜から構成されており、アノード電極制御回路４３に接続されている。蛍光体層３１と蛍光体層３１との間の基板３０上には、隔壁３３が形成されている。また、蛍光体層３１と蛍光体層３１との間であって、隔壁３３と基板３０との間にはブラックマトリックス３２が形成されている。
【００４９】
１サブピクセルは、カソードパネル側のカソード電極１１とゲート電極１３との重複領域に設けられた電界放出素子の一群と、これらの電界放出素子の一群に対面したアノードパネル側の蛍光体層３１（１つの赤色発光単位蛍光体層、１つの緑色発光単位蛍光体層、あるいは、１つの青色発光単位蛍光体層の集合）とによって構成されている。１画素（１ピクセル）は３つのサブピクセルから構成され、各サブピクセルは、１つの赤色発光単位蛍光体層、１つの緑色発光単位蛍光体層、あるいは、１つの青色発光単位蛍光体層を備えている。そして、有効領域には、かかる画素が、例えば数十万〜数百万個ものオーダーにて配列されている。
【００５０】
アノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰと枠体３５とによって囲まれた空間は真空となっている。アノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰとを、電子放出領域と蛍光体層３１とが対向するように配置し、周縁部において枠体３５を介して接合することによって、表示部を作製することができる。有効領域を包囲し、画素を選択するための周辺回路が形成された無効領域には、真空排気用の貫通孔（図示せず）が設けられており、この貫通孔には真空排気後に封じ切られたチップ管（図示せず）が接続されている。尚、アノードパネルＡＰ及びカソードパネルＣＰには大気によって圧力が加わる。そして、この圧力によって表示部が破損しないように、アノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰとの間には、高さが例えば１ｍｍ程度のスペーサ（図示せず）が配置されている。隔壁３３の一部は、スペーサを保持するためのスペーサ保持部としても機能する。
【００５１】
更には、アノード電極３４とアノード電極制御回路４３との間にはチップ抵抗から成る抵抗値ＲＡを有する第１の抵抗部材５１が設けられ、シールド電極１５とシールド電極制御回路４２との間には抵抗値ＲＳを有する第２の抵抗部材５２が設けられている。より具体的には、アノード電極３４とアノード電極制御回路４３とは配線を介して接続され、この配線の途中であって、表示部ＤＰの外側（枠体３５の外側）に、第１の抵抗部材５１が配置されている。一方、シールド電極１５とシールド電極制御回路４２とは配線を介して接続され、この配線の途中であって、表示部ＤＰの外側（枠体３５の外側）に、第２の抵抗部材５２が配置されている。
【００５２】
カソード電極１１には相対的に負電圧ＶＣがカソード電極制御回路４０から印加され、ゲート電極１３には相対的に正電圧ＶＧがゲート電極制御回路４１から印加され、アノード電極３４にはゲート電極１３よりも更に高い正電圧ＶＡがアノード電極制御回路４３から印加される。かかる表示装置において表示を行う場合、例えば、カソード電極１１にカソード電極制御回路４０から走査信号を入力し、ゲート電極１３にゲート電極制御回路４１からビデオ信号を入力する。あるいは、これとは逆に、カソード電極１１にカソード電極制御回路４０からビデオ信号を入力し、ゲート電極１３にゲート電極制御回路４１から走査信号を入力してもよい。カソード電極１１とゲート電極１３との間に電圧を印加した際に生ずる電界により、量子トンネル効果に基づき電子放出部１１８から電子が放出され、この電子がアノード電極３４に引き付けられ、蛍光体層３１に衝突する。その結果、蛍光体層３１が励起されて発光し、所望の画像を得ることができる。つまり、この表示装置の動作は、基本的に、ゲート電極１３に印加される電圧、及びカソード電極１１を通じて電子放出部１１８に印加される電圧によって制御される。
【００５３】
以下、第２の抵抗部材５２の抵抗値ＲＳをパラメータとして各種のシミュレーションを行った結果を説明する。シールド電極１５とアノード電極３４との間で異常放電が発生したときの等価回路を図４に示す。
【００５４】
シミュレーションにおいては、アノード電極制御回路４３の出力電圧ＶＡを１０キロボルト、シールド電極１５に印加される電圧（ＶＣ）を０ボルト、第１の抵抗部材５１の抵抗値ＲＡを１００キロΩとした。また、アノード電極３４とシールド電極１５との間の静電容量ＣＡＳを７０ｐＦと仮定した。更には、ゲート電極制御回路４１からゲート電極１３に印加される電圧ＶＧ＝０ボルト、カソード電極制御回路４０からカソード電極１１に印加される電圧ＶＣ＝０ボルトとした。
【００５５】
そして、第２の抵抗部材５２の抵抗値ＲＳを、１０００Ω、１００Ω、１０Ωとしたときの放電電圧シミュレーション結果を、図５、図６及び図７にそれぞれ示す。
【００５６】
図５〜図７から、シールド電極１５の電位ＶＳ−ＳＵＴは、放電開始から数百ピコ秒経過後、ＲＳ＝１０００Ωのとき約１００ボルトになり（図５参照）、ＲＳ＝１００Ωのとき約１０ボルトになり（図６参照）、ＲＳ＝１０Ωのとき約１ボルトとなる（図７参照）ことが判る。各々のＶＡ，ＲＡを考慮すると、シールド電極１５の電位ＶＳ−ＳＵＴは、或る時間が経過した後には、全て、以下の式（１）となっていることが判る。
【００５７】
ＶＳ−ＳＵＴ＝ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝    （１）
【００５８】
アノード電極３４とシールド電極１５との間の放電によって、シールド電極１５の電位は、元々の値である０ボルトからＶＳ−ＳＵＴへと上昇する。シールド電極１５の電位の上昇によって、ゲート電極１３の電位も上昇し、その結果、ゲート電極１３と電子放出部１１８との間の放電、あるいは、ゲート電極１３とカソード電極１１との間の放電が誘発される。しかしながら、アノード電極３４とシールド電極１５との間の放電に起因して上昇したゲート電極１３の電位が所定の値（ΔＶＧ）以下であれば、ゲート電極１３と電子放出部１１８との間の放電、あるいは、ゲート電極１３とカソード電極１１との間の放電発生を抑制することができる。即ち、最悪、放電に起因して上昇したゲート電極１３の電位がＶＳ−ＳＵＴであっても、ゲート電極１３の電位が所定の値（ΔＶＧ）以下であれば、ゲート電極１３と電子放出部１１８との間の放電、あるいは、ゲート電極１３とカソード電極１１との間の放電発生を抑制することができる。
【００５９】
各種の試験の結果、上記の所定の値（ΔＶＧ）は約１００ボルト、好ましくは約５０ボルトであることが判明した。従って、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝≦１００
好ましくは、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝≦５０
を満足すれば、アノード電極３４とシールド電極１５との間の放電によって、シールド電極１５の電位が上昇しても、ゲート電極１３と電子放出部１１８との間の放電、あるいは、ゲート電極１３とカソード電極１１との間の放電が誘発されることを抑制することができる。
【００６０】
尚、アノード電極３４とシールド電極１５との間の静電容量ＣＡＳを７０ｐＦと仮定したが、上述したシミュレーション結果は、この静電容量ＣＡＳの値に依存しない。
【００６１】
第２の抵抗部材５２の抵抗値ＲＳの値が低い程、上記の式（１）の値は小さくなるが、第２の抵抗部材５２の抵抗値ＲＳが余りに低すぎると、アノード電極３４とシールド電極１５との間に異常放電が発生したとき、第２の抵抗部材５２に流れる電流によって第２の抵抗部材５２に損傷が発生したり、シールド電極１５に過剰な電流が流れることでシールド電極１５やシールド電極制御回路４２に損傷が発生する虞がある。従って、第２の抵抗部材５２の抵抗値ＲＳの下限値は、第２の抵抗部材５２に損傷が発生したり、シールド電極１５やシールド電極制御回路４２に損傷が発生しないような値とすることが必要とされ、具体的には１Ω程度である。
【００６２】
アノード電極制御回路の出力電圧ＶＡを１０キロボルトとし、第１の抵抗部材５１の抵抗値ＲＡを１００キロΩとし、第２の抵抗部材５２の抵抗値ＲＳを１００Ωとした表示装置を作製し、動作試験を行ったが、アノード電極３４とシールド電極１５との間の異常放電に基づくシールド電極１５の電位の異常上昇は認められなかった。
【００６３】
（実施の形態２）
実施の形態２は、本発明の第２の態様に係る表示装置に関する。実施の形態２の表示装置の構成、構造は、実施の形態１の表示装置の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
実施の形態１においては、第２の抵抗部材５２の抵抗値ＲＳをパラメータとして各種のシミュレーションを行った。そして、このシミュレーションにおいては、シールド電極１５とゲート電極１３全体との間に存在する静電容量、ゲート電極１３とカソード電極１１全体との間に存在する静電容量を無視して行った。このような条件においても、実施の形態１におけるシミュレーション結果は十分に有効であるが、実施の形態２においては、シールド電極１５とゲート電極１３全体との間に存在する容量（静電容量）ＣＳＧ、及び、ゲート電極１３とカソード電極１１全体との間に存在する容量（静電容量）ＣＧＣを考慮した。
【００６５】
実施の形態２において、シールド電極１５とアノード電極３４との間で異常放電が発生したときの等価回路を図８に示す。尚、以下の説明において、シールド電極制御回路４２からシールド電極１５に印加される電圧ＶＣ＝０ボルト、カソード電極制御回路４０からカソード電極１１に印加される電圧ＶＣ＝０ボルトとした。
【００６６】
アノード電極３４とシールド電極１５との間の放電によって、シールド電極１５の電位は、元々の値である０ボルトからＶＳ−ＳＵＴへと上昇する。シールド電極１５の電位の上昇によって、ゲート電極１３の電位も上昇する。このときのゲート電極１３の電位Ｖ’Ｇは、以下の式（２）で求められる。
【００６７】
Ｖ’Ｇ＝ＶＳ−ＳＵＴ×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝    （２）
【００６８】
更には、式（１）のＶＳ−ＳＵＴを式（２）に代入すると、以下の式（３）が得られる。
【００６９】
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝    （３）
【００７０】
ここで、ゲート電極１３の電位Ｖ’Ｇが、実施の形態１における議論と同様に、所定の値（ΔＶ’Ｇ）以下であれば、ゲート電極１３と電子放出部１１８との間の放電、あるいは、ゲート電極１３とカソード電極１１との間の放電発生を抑制することができる。
【００７１】
ゲート電極制御回路からゲート電極に印加される電圧ＶＧとカソード電極制御回路からカソード電極に印加される電圧ＶＣとの最大電位差をΔＶＭＡＸとしたとき、ΔＶＭＡＸの値は１０ボルト乃至５０ボルト程度である。また、実施の形態１で述べたとおり、各種の試験の結果、所定の値（ΔＶＧ）は約１００ボルト、好ましくは約５０ボルトであることが判明した。従って、上述した所定の値（ΔＶ’Ｇ）が、１０ΔＶＭＡＸ以下、好ましくは５ΔＶＭＡＸ以下、一層好ましくは２ΔＶＭＡＸ以下であれば、即ち、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦１０ΔＶＭＡＸ
好ましくは、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦５ΔＶＭＡＸ
一層好ましくは、
ＶＡ×｛ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＡ）｝×｛ＣＳＧ／（ＣＳＧ＋ＣＧＣ）｝≦２ΔＶＭＡＸ
であれば、アノード電極３４とシールド電極１５との間の放電によって、シールド電極１５の電位が上昇しても、ゲート電極１３と電子放出部１１８との間の放電、あるいは、ゲート電極１３とカソード電極１１との間の放電が誘発されることを確実に抑制することができる。
【００７２】
アノード電極制御回路の出力電圧ＶＡを１０キロボルトとし、第１の抵抗部材５１の抵抗値ＲＡを１００キロΩとし、第２の抵抗部材５２の抵抗値ＲＳを１００Ωとした表示装置を作製し、ΔＶＭＡＸを１０キロボルトとした動作試験を行ったが、アノード電極３４とシールド電極１５との間の異常放電に基づくシールド電極１５の電位の異常上昇は認められなかった。尚、この表示装置におけるシールド電極１５とゲート電極１３全体との間に存在する容量（静電容量）ＣＳＧは３０ｎＦ、ゲート電極１３とカソード電極１１全体との間に存在する容量（静電容量）ＣＧＣは３００ｎＦであった。
【００７３】
（各種の電界放出素子に関して）
以下、各種の電界放出素子及びその製造方法を説明する。
【００７４】
実施の形態においては、電界放出素子として、スピント型（円錐形の電子放出部が、開口部１７の底部に位置するカソード電極１１上に設けられた電界放出素子）を説明したが、その他、例えば、扁平型（略平面状の電子放出部が、開口部１７の底部に位置するカソード電極１１上に設けられた電界放出素子）とすることもできる。尚、これらの電界放出素子を、第１の構造を有する電界放出素子と呼ぶ。
【００７５】
あるいは又、
（ａ）支持体上に設けられた、第１の方向に延びるストライプ状のカソード電極と、
（ｂ）支持体及びカソード電極上に形成された絶縁層と、
（ｃ）絶縁層上に設けられ、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるストライプ状のゲート電極と、
（ｄ）ゲート電極及び絶縁層に設けられた開口部と、
（ｅ）ゲート電極１３の上方に配設されたシールド電極１５の部分、
から成り、
開口部の底部に露出したカソード電極の部分が電子放出部に相当し、かかる開口部の底部に露出したカソード電極の部分から電子を放出する構造を有する電界放出素子とすることもできる。尚、シールド電極１５は、ゲート電極１３及び絶縁層１２上に形成された絶縁膜１４上に形成されており、シールド電極１５及び絶縁膜１４には第２開口部１６が設けられており、この第２開口部１６は開口部１７に連通している。
【００７６】
このような構造を有する電界放出素子として、平坦なカソード電極の表面から電子を放出する平面型電界放出素子を挙げることができる。尚、この電界放出素子を第２の構造を有する電界放出素子と呼ぶ。
【００７７】
スピント型電界放出素子にあっては、電子放出部を構成する材料として、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金、チタン、チタン合金、ニオブ、ニオブ合金、タンタル、タンタル合金、クロム、クロム合金、及び、不純物を含有するシリコン（ポリシリコンやアモルファスシリコン）から成る群から選択された少なくとも１種類の材料を挙げることができる。スピント型電界放出素子の電子放出部は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ法によって形成することができる。
【００７８】
扁平型電界放出素子にあっては、電子放出部を構成する材料として、カソード電極を構成する材料よりも仕事関数Φの小さい材料から構成することが好ましく、どのような材料を選択するかは、カソード電極を構成する材料の仕事関数、ゲート電極とカソード電極との間の電位差、要求される放出電子電流密度の大きさ等に基づいて決定すればよい。電界放出素子におけるカソード電極を構成する代表的な材料として、タングステン（Φ＝４．５５ｅＶ）、ニオブ（Φ＝４．０２〜４．８７ｅＶ）、モリブデン（Φ＝４．５３〜４．９５ｅＶ）、アルミニウム（Φ＝４．２８ｅＶ）、銅（Φ＝４．６ｅＶ）、タンタル（Φ＝４．３ｅＶ）、クロム（Φ＝４．５ｅＶ）、シリコン（Φ＝４．９ｅＶ）を例示することができる。電子放出部は、これらの材料よりも小さい仕事関数Φを有していることが好ましく、その値は概ね３ｅＶ以下であることが好ましい。かかる材料として、炭素（Φ＜１ｅＶ）、セシウム（Φ＝２．１４ｅＶ）、ＬａＢ６（Φ＝２．６６〜２．７６ｅＶ）、ＢａＯ（Φ＝１．６〜２．７ｅＶ）、ＳｒＯ（Φ＝１．２５〜１．６ｅＶ）、Ｙ２Ｏ３（Φ＝２．０ｅＶ）、ＣａＯ（Φ＝１．６〜１．８６ｅＶ）、ＢａＳ（Φ＝２．０５ｅＶ）、ＴｉＮ（Φ＝２．９２ｅＶ）、ＺｒＮ（Φ＝２．９２ｅＶ）を例示することができる。仕事関数Φが２ｅＶ以下である材料から電子放出部を構成することが、一層好ましい。尚、電子放出部を構成する材料は、必ずしも導電性を備えている必要はない。
【００７９】
あるいは又、扁平型電界放出素子において、電子放出部を構成する材料として、かかる材料の２次電子利得δがカソード電極を構成する導電性材料の２次電子利得δよりも大きくなるような材料から適宜選択してもよい。即ち、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属；シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体；炭素やダイヤモンド等の無機単体；及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等の化合物の中から、適宜選択することができる。尚、電子放出部を構成する材料は、必ずしも導電性を備えている必要はない。
【００８０】
扁平型電界放出素子にあっては、特に好ましい電子放出部の構成材料として、炭素、より具体的にはダイヤモンドやグラファイト、カーボン・ナノチューブ構造体を挙げることができる。電子放出部をこれらから構成する場合、５×１０７Ｖ／ｍ以下の電界強度にて、表示装置に必要な放出電子電流密度を得ることができる。また、ダイヤモンドは電気抵抗体であるため、各電子放出部から得られる放出電子電流を均一化することができ、よって、表示装置に組み込まれた場合の輝度ばらつきの抑制が可能となる。更に、これらの材料は、表示装置内の残留ガスのイオンによるスパッタ作用に対して極めて高い耐性を有するので、電界放出素子の長寿命化を図ることができる。
【００８１】
カーボン・ナノチューブ構造体として、具体的には、カーボン・ナノチューブ及び／又はカーボン・ナノファイバーを挙げることができる。より具体的には、カーボン・ナノチューブから電子放出部を構成してもよいし、カーボン・ナノファイバーから電子放出部を構成してもよいし、カーボン・ナノチューブとカーボン・ナノファイバーの混合物から電子放出部を構成してもよい。カーボン・ナノチューブやカーボン・ナノファイバーは、巨視的には、粉末状であってもよいし、薄膜状であってもよいし、場合によっては、カーボン・ナノチューブ構造体は円錐状の形状を有していてもよい。カーボン・ナノチューブやカーボン・ナノファイバーは、周知のアーク放電法やレーザアブレーション法といったＰＶＤ法、プラズマＣＶＤ法やレーザＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、気相合成法、気相成長法といった各種のＣＶＤ法によって製造、形成することができる。
【００８２】
扁平型電界放出素子を、バインダー材料にカーボン・ナノチューブ構造体を分散させたものをカソード電極の所望の領域に例えば塗布した後、バインダー材料の焼成あるいは硬化を行う方法（より具体的には、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等の有機系バインダー材料や銀ペースト、水ガラス等の無機系バインダー材料にカーボン・ナノチューブ構造体を分散したものを、カソード電極の所望の領域に例えば塗布した後、溶媒の除去、バインダー材料の焼成・硬化を行う方法）によって製造することもできる。尚、このような方法を、カーボン・ナノチューブ構造体の第１の形成方法と呼ぶ。塗布方法として、スクリーン印刷法を例示することができる。
【００８３】
あるいは又、扁平型電界放出素子を、カーボン・ナノチューブ構造体が分散された金属化合物溶液をカソード電極上に塗布した後、金属化合物を焼成する方法によって製造することもでき、これによって、金属化合物に由来した金属原子を含むマトリックスにてカーボン・ナノチューブ構造体がカソード電極表面に固定される。尚、このような方法を、カーボン・ナノチューブ構造体の第２の形成方法と呼ぶ。マトリックスは、導電性を有する金属酸化物から成ることが好ましく、より具体的には、酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウム−錫、酸化亜鉛、酸化アンチモン、又は、酸化アンチモン−錫から構成することが好ましい。焼成後、各カーボン・ナノチューブ構造体の一部分がマトリックスに埋め込まれている状態を得ることもできるし、各カーボン・ナノチューブ構造体の全体がマトリックスに埋め込まれている状態を得ることもできる。マトリックスの体積抵抗率は、１×１０−９Ω・ｍ乃至５×１０−６Ω・ｍであることが望ましい。
【００８４】
金属化合物溶液を構成する金属化合物として、例えば、有機金属化合物、有機酸金属化合物、又は、金属塩（例えば、塩化物、硝酸塩、酢酸塩）を挙げることができる。有機酸金属化合物溶液として、有機錫化合物、有機インジウム化合物、有機亜鉛化合物、有機アンチモン化合物を酸（例えば、塩酸、硝酸、あるいは硫酸）に溶解し、これを有機溶媒（例えば、トルエン、酢酸ブチル、イソプロピルアルコール）で希釈したものを挙げることができる。また、有機金属化合物溶液として、有機錫化合物、有機インジウム化合物、有機亜鉛化合物、有機アンチモン化合物を有機溶媒（例えば、トルエン、酢酸ブチル、イソプロピルアルコール）に溶解したものを例示することができる。溶液を１００重量部としたとき、カーボン・ナノチューブ構造体が０．００１〜２０重量部、金属化合物が０．１〜１０重量部、含まれた組成とすることが好ましい。溶液には、分散剤や界面活性剤が含まれていてもよい。また、マトリックスの厚さを増加させるといった観点から、金属化合物溶液に、例えばカーボンブラック等の添加物を添加してもよい。また、場合によっては、有機溶媒の代わりに水を溶媒として用いることもできる。
【００８５】
カーボン・ナノチューブ構造体が分散された金属化合物溶液をカソード電極上に塗布する方法として、スプレー法、スピンコーティング法、ディッピング法、ダイクォーター法、スクリーン印刷法を例示することができるが、中でもスプレー法を採用することが塗布の容易性といった観点から好ましい。
【００８６】
カーボン・ナノチューブ構造体が分散された金属化合物溶液をカソード電極上に塗布した後、金属化合物溶液を乾燥させて金属化合物層を形成し、次いで、カソード電極上の金属化合物層の不要部分を除去した後、金属化合物を焼成してもよいし、金属化合物を焼成した後、カソード電極上の不要部分を除去してもよいし、カソード電極の所望の領域上にのみ金属化合物溶液を塗布してもよい。
【００８７】
金属化合物の焼成温度は、例えば、金属塩が酸化されて導電性を有する金属酸化物となるような温度、あるいは又、有機金属化合物や有機酸金属化合物が分解して、有機金属化合物や有機酸金属化合物に由来した金属原子を含むマトリックス（例えば、導電性を有する金属酸化物）が形成できる温度であればよく、例えば、３００゜Ｃ以上とすることが好ましい。焼成温度の上限は、電界放出素子あるいはカソードパネルの構成要素に熱的な損傷等が発生しない温度とすればよい。
【００８８】
カーボン・ナノチューブ構造体の第１の形成方法あるいは第２の形成方法にあっては、電子放出部の形成後、電子放出部の表面の一種の活性化処理（洗浄処理）を行うことが、電子放出部からの電子の放出効率の一層の向上といった観点から好ましい。このような処理として、水素ガス、アンモニアガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、ネオンガス、メタンガス、エチレンガス、アセチレンガス、窒素ガス等のガス雰囲気中でのプラズマ処理を挙げることができる。
【００８９】
カーボン・ナノチューブ構造体の第１の形成方法あるいは第２の形成方法にあっては、電子放出部は、開口部の底部に位置するカソード電極の部分の表面に形成されていればよく、開口部の底部に位置するカソード電極の部分から開口部の底部以外のカソード電極の部分の表面に延在するように形成されていてもよい。また、電子放出部は、開口部の底部に位置するカソード電極の部分の表面の全面に形成されていても、部分的に形成されていてもよい。
【００９０】
第１の構造あるいは第２の構造を有する電界放出素子においては、電界放出素子の構造に依存するが、ゲート電極及び絶縁層に設けられた１つの開口部内に１つの電子放出部が存在してもよいし、ゲート電極及び絶縁層に設けられた１つの開口部内に複数の電子放出部が存在してもよいし、ゲート電極に複数の開口部を設け、かかる開口部と連通する１つの開口部を絶縁層に設け、絶縁層に設けられた１つの開口部内に１又は複数の電子放出部が存在してもよい。
【００９１】
開口部あるいは第２開口部の平面形状（支持体表面と平行な仮想平面で開口部を切断したときの形状）は、円形、楕円形、矩形、多角形、丸みを帯びた矩形、丸みを帯びた多角形等、任意の形状とすることができる。開口部の形成は、例えば、等方性エッチング、異方性エッチング、異方性エッチングと等方性エッチングの組合せによって行うことができ、あるいは又、ゲート電極の形成方法に依っては、開口部を直接形成することもできる。第２開口部の形成も、例えば、等方性エッチング、異方性エッチング、異方性エッチングと等方性エッチングの組合せによって行うことができる。
【００９２】
第１の構造を有する電界放出素子において、カソード電極と電子放出部との間に抵抗体層を設けてもよい。あるいは又、カソード電極の表面が電子放出部に相当している場合（即ち、第２の構造を有する電界放出素子においては）、カソード電極を導電材料層、抵抗体層、電子放出部に相当する電子放出層の３層構成としてもよい。抵抗体層を設けることによって、電界放出素子の動作安定化、電子放出特性の均一化を図ることができる。抵抗体層を構成する材料として、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やＳｉＣＮといったカーボン系材料、ＳｉＮ、アモルファスシリコン等の半導体材料、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、酸化タンタル、窒化タンタル等の高融点金属酸化物を例示することができる。抵抗体層の形成方法として、スパッタリング法や、ＣＶＤ法やスクリーン印刷法を例示することができる。抵抗値は、概ね１×１０５〜１×１０７Ω、好ましくは数ＭΩとすればよい。
【００９３】
［スピント型電界放出素子］
スピント型電界放出素子は、基本的には、先に説明したように、
（ａ）支持体１０上に設けられ、第１の方向に延びるストライプ状のカソード電極１１と、
（ｂ）支持体１０及びカソード電極１１上に形成された絶縁層１２と、
（ｃ）絶縁層１２上に設けられ、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるストライプ状のゲート電極１３と、
（ｄ）ゲート電極１３及び絶縁層１２に設けられた開口部（ゲート電極に設けられた開口部１７Ａ、及び、絶縁層１２に設けられた開口部１７Ｂ）と、
（ｅ）開口部１７Ｂの底部に位置するカソード電極１１上に設けられた電子放出部１１８と、
（ｆ）ゲート電極１３の上方に配設されたシールド電極１５の部分、
から成り、
開口部１７Ｂの底部に露出した円錐形の電子放出部１１８から電子が放出される構造を有する。
【００９４】
以下、スピント型電界放出素子の製造方法を、カソードパネルを構成する支持体１０等の模式的な一部端面図である図９の（Ａ）、（Ｂ）及び図１０の（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
【００９５】
尚、このスピント型電界放出素子は、基本的には、円錐形の電子放出部１１８を金属材料の垂直蒸着により形成する方法によって得ることができる。即ち、シールド電極１５に設けられた第２開口部１６に対して蒸着粒子は垂直に入射するが、第２開口部１６の開口端付近に形成されるオーバーハング状の堆積物による遮蔽効果を利用して、開口部１７Ｂの底部に到達する蒸着粒子の量を漸減させ、円錐形の堆積物である電子放出部１１８を自己整合的に形成する。ここでは、不要なオーバーハング状の堆積物の除去を容易とするために、シールド電極１５上に剥離層１９Ａを予め形成しておく方法について説明する。尚、電界放出素子の製造方法を説明するための図面においては、１つの電界放出素子のみを図示した。
【００９６】
［工程−Ａ０］
先ず、例えばガラス基板から成る支持体１０の上に、例えばポリシリコンから成るカソード電極用導電材料層をプラズマＣＶＤ法にて成膜した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づきカソード電極用導電材料層をパターニングして、ストライプ状のカソード電極１１を形成する。その後、全面にＳｉＯ２から成る絶縁層１２をＣＶＤ法にて形成する。
【００９７】
［工程−Ａ１］
次に、絶縁層１２上に、ゲート電極用導電材料層（例えば、ＴｉＮ層）をスパッタ法にて成膜し、次いで、ゲート電極用導電材料層をリソグラフィ技術及びドライエッチング技術にてパターニングすることによって、ストライプ状のゲート電極１３を得ることができる。ストライプ状のカソード電極１１は、図面の紙面左右方向に延び、ストライプ状のゲート電極１３は、図面の紙面垂直方向に延びている。
【００９８】
尚、ゲート電極１３を、真空蒸着法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法、電気メッキ法や無電解メッキ法といったメッキ法、スクリーン印刷法、レーザアブレーション法、ゾル−ゲル法、リフトオフ法等の公知の薄膜形成と、必要に応じてエッチング技術との組合せによって形成してもよい。スクリーン印刷法やメッキ法によれば、直接、例えばストライプ状のゲート電極を形成することが可能である。
【００９９】
［工程−Ａ２］
その後、全面に絶縁膜１４を形成し、更に、絶縁膜１４の上にシールド電極１５を形成する。
【０１００】
［工程−Ａ３］
その後、再びレジスト層を形成し、エッチングによってシールド電極１５及び絶縁膜１４に第２開口部１６を形成し、更に、ゲート電極１３に開口部１７Ａを形成し、更に、絶縁層に開口部１７Ｂを形成し、開口部１７Ｂの底部にカソード電極１１を露出させた後、レジスト層を除去する。こうして、図９の（Ａ）に示す構造を得ることができる。
【０１０１】
［工程−Ａ４］
次に、支持体１０を回転させながらシールド電極１５上にニッケル（Ｎｉ）を斜め蒸着することにより、剥離層１９Ａを形成する（図９の（Ｂ）参照）。このとき、支持体１０の法線に対する蒸着粒子の入射角を十分に大きく選択することにより（例えば、入射角６５度〜８５度）、開口部１７Ｂの底部にニッケルを殆ど堆積させることなく、シールド電極１５の上に剥離層１９Ａを形成することができる。剥離層１９Ａは、第２開口部１６の開口端から庇状に張り出しており、これによって第２開口部１６が実質的に縮径される。
【０１０２】
［工程−Ａ５］
次に、全面に例えば導電材料としてモリブデン（Ｍｏ）を垂直蒸着する（入射角３度〜１０度）。このとき、図１０の（Ａ）に示すように、剥離層１９Ａ上でオーバーハング形状を有する導電材料層１９Ｂが成長するに伴い、第２開口部１６の実質的な直径が次第に縮小されるので、開口部１７Ｂの底部において堆積に寄与する蒸着粒子は、次第に第２開口部１６の中央付近を通過するものに限られるようになる。その結果、開口部１７Ｂの底部には円錐形の堆積物が形成され、この円錐形の堆積物が電子放出部１１８となる。
【０１０３】
［工程−Ａ６］
その後、リフトオフ法にて剥離層１９Ａをシールド電極１５の表面から剥離し、シールド電極１５の上方の導電材料層１９Ｂを除去する。その後、絶縁層１２に設けられた開口部１７Ｂの側壁面を等方的なエッチングによって後退させることが、ゲート電極１３の開口端部を露出させるといった観点から、好ましい。尚、等方的なエッチングは、ケミカルドライエッチングのようにラジカルを主エッチング種として利用するドライエッチング、あるいはエッチング液を利用するウェットエッチングにより行うことができる。エッチング液としては、例えば４９％フッ酸水溶液と純水の１：１００（容積比）混合液を用いることができる。こうして、図１０の（Ｂ）に示す電界放出素子を完成することができる。
【０１０４】
［扁平型電界放出素子（その１）］
扁平型電界放出素子は、基本的には、
（ａ）支持体１０上に設けられ、第１の方向に延びるカソード電極１１と、
（ｂ）支持体１０及びカソード電極１１上に形成された絶縁層１２と、
（ｃ）絶縁層１２上に設けられ、第１の方向とは異なる第２の方向に延びるゲート電極１３と、
（ｄ）ゲート電極１３及び絶縁層１２に設けられた開口部１７（ゲート電極１３に設けられた開口部１７Ａ、及び、絶縁層１２に設けられた開口部１７Ｂ）と、
（ｅ）開口部１７Ｂの底部に位置するカソード電極１１上に設けられた扁平状の電子放出部１１８Ａと、
（ｆ）ゲート電極１３の上方に配設されたシールド電極１５の部分、
から成り、
開口部１７Ｂの底部に露出した電子放出部１１８Ａから電子が放出される構造を有する。
【０１０５】
電子放出部１１８Ａは、マトリックス２０、及び、先端部が突出した状態でマトリックス２０中に埋め込まれたカーボン・ナノチューブ構造体（具体的には、カーボン・ナノチューブ２１）から成り、マトリックス２０は、導電性を有する金属酸化物（具体的には、酸化インジウム−錫、ＩＴＯ）から成る。
【０１０６】
以下、電界放出素子の製造方法を、図１１の（Ａ）、（Ｂ）及び図１２の（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
【０１０７】
［工程−Ｂ０］
先ず、例えばガラス基板から成る支持体１０上に、例えばスパッタリング法及びエッチング技術により形成された厚さ約０．２μｍのクロム（Ｃｒ）層から成るストライプ状のカソード電極１１を形成する。
【０１０８】
［工程−Ｂ１］
次に、カーボン・ナノチューブ構造体が分散された有機酸金属化合物から成る金属化合物溶液をカソード電極１１上に、例えばスプレー法にて塗布する。具体的には、以下の表１に例示する金属化合物溶液を用いる。尚、金属化合物溶液中にあっては、有機錫化合物及び有機インジウム化合物は酸（例えば、塩酸、硝酸、あるいは硫酸）に溶解された状態にある。カーボン・ナノチューブはアーク放電法にて製造され、平均直径３０ｎｍ、平均長さ１μｍである。塗布に際しては、支持体１０を７０〜１５０゜Ｃに加熱しておく。塗布雰囲気を大気雰囲気とする。塗布後、５〜３０分間、支持体１０を加熱し、酢酸ブチルを十分に蒸発させる。このように、塗布時、支持体１０を加熱することによって、カソード電極１１の表面に対してカーボン・ナノチューブが水平に近づく方向にセルフレベリングする前に塗布溶液の乾燥が始まる結果、カーボン・ナノチューブが水平にはならない状態でカソード電極１１の表面にカーボン・ナノチューブを配置することができる。即ち、カーボン・ナノチューブの先端部がアノード電極の方向を向くような状態、言い換えれば、カーボン・ナノチューブを、支持体１０の法線方向に近づく方向に配向させることができる。尚、予め、表１に示す組成の金属化合物溶液を調製しておいてもよいし、カーボン・ナノチューブを添加していない金属化合物溶液を調製しておき、塗布前に、カーボン・ナノチューブと金属化合物溶液とを混合してもよい。また、カーボン・ナノチューブの分散性向上のため、金属化合物溶液の調製時、超音波を照射してもよい。
【０１０９】
［表１］
有機錫化合物及び有機インジウム化合物：０．１〜１０重量部
分散剤（ドデシル硫酸ナトリウム）    ：０．１〜５  重量部
カーボン・ナノチューブ              ：０．１〜２０重量部
酢酸ブチル                          ：残余
【０１１０】
尚、有機酸金属化合物溶液として、有機錫化合物を酸に溶解したものを用いれば、マトリックスとして酸化錫が得られ、有機インジウム化合物を酸に溶解したものを用いれば、マトリックスとして酸化インジウムが得られ、有機亜鉛化合物を酸に溶解したものを用いれば、マトリックスとして酸化亜鉛が得られ、有機アンチモン化合物を酸に溶解したものを用いれば、マトリックスとして酸化アンチモンが得られ、有機アンチモン化合物及び有機錫化合物を酸に溶解したもの用いれば、マトリックスとして酸化アンチモン−錫が得られる。また、有機金属化合物溶液として、有機錫化合物を用いれば、マトリックスとして酸化錫が得られ、有機インジウム化合物を用いれば、マトリックスとして酸化インジウムが得られ、有機亜鉛化合物を用いれば、マトリックスとして酸化亜鉛が得られ、有機アンチモン化合物を用いれば、マトリックスとして酸化アンチモンが得られ、有機アンチモン化合物及び有機錫化合物を用いれば、マトリックスとして酸化アンチモン−錫が得られる。あるいは又、金属の塩化物の溶液（例えば、塩化錫、塩化インジウム）を用いてもよい。
【０１１１】
場合によっては、金属化合物溶液を乾燥した後の金属化合物層の表面に著しい凹凸が形成されている場合がある。このような場合には、金属化合物層の上に、支持体を加熱することなく、再び、金属化合物溶液を塗布することが望ましい。
【０１１２】
［工程−Ｂ２］
その後、有機酸金属化合物から成る金属化合物を焼成することによって、有機酸金属化合物に由来した金属原子（具体的には、Ｉｎ及びＳｎ）を含むマトリックス（具体的には、金属酸化物であり、より一層具体的にはＩＴＯ）２０にてカーボン・ナノチューブ２１がカソード電極１１の表面に固定された電子放出部１１８Ａを得る。焼成を、大気雰囲気中で、３５０゜Ｃ、２０分の条件にて行う。こうして、得られたマトリックス２０の体積抵抗率は、５×１０−７Ω・ｍであった。有機酸金属化合物を出発物質として用いることにより、焼成温度３５０゜Ｃといった低温においても、ＩＴＯから成るマトリックス２０を形成することができる。尚、有機酸金属化合物溶液の代わりに、有機金属化合物溶液を用いてもよいし、金属の塩化物の溶液（例えば、塩化錫、塩化インジウム）を用いた場合、焼成によって塩化錫、塩化インジウムが酸化されつつ、ＩＴＯから成るマトリックス２０が形成される。
【０１１３】
［工程−Ｂ３］
次いで、全面にレジスト層を形成し、カソード電極１１の所望の領域の上方に、例えば直径１０μｍの円形のレジスト層を残す。そして、１０〜６０゜Ｃの塩酸を用いて、１〜３０分間、マトリックス２０をエッチングして、電子放出部の不要部分を除去する。更に、所望の領域以外にカーボン・ナノチューブが未だ存在する場合には、以下の表２に例示する条件の酸素プラズマエッチング処理によってカーボン・ナノチューブをエッチングする。尚、バイアスパワーは０Ｗでもよいが、即ち、直流としてもよいが、バイアスパワーを加えることが望ましい。また、支持体を、例えば８０゜Ｃ程度に加熱してもよい。
【０１１４】
［表２］
使用装置          ：ＲＩＥ装置
導入ガス          ：酸素を含むガス
プラズマ励起パワー：５００Ｗ
バイアスパワー    ：０〜１５０Ｗ
処理時間          ：１０秒以上
【０１１５】
あるいは又、表３に例示する条件のウェットエッチング処理によってカーボン・ナノチューブをエッチングしてもよい。
【０１１６】
［表３］
使用溶液：ＫＭｎＯ４
温度    ：２０〜１２０゜Ｃ
処理時間：１０秒〜２０分
【０１１７】
その後、レジスト層を除去することによって、図１１の（Ａ）に示す構造を得ることができる。尚、直径１０μｍの円形の電子放出部１１８Ａを残すことに限定されない。例えば、電子放出部１１８Ａをカソード電極１１上に残してもよい。
【０１１８】
尚、［工程−Ｂ１］、［工程−Ｂ３］、［工程−Ｂ２］の順に実行してもよい。
【０１１９】
［工程−Ｂ４］
次に、電子放出部１１８Ａ、支持体１０及びカソード電極１１上に絶縁層１２を形成する。具体的には、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料ガスとして使用するＣＶＤ法により、全面に、厚さ約１μｍの絶縁層１２を形成する。
【０１２０】
［工程−Ｂ５］
その後、絶縁層１２上にストライプ状のゲート電極１３を形成し、更に、絶縁層１２及びゲート電極１３上に絶縁膜１４を形成し、絶縁膜１４上にシールド電極１５を形成する。次いで、シールド電極１５上にマスク層２２を設けた後、シールド電極１５及び絶縁膜１４に第２開口部１６を形成し、更に、ゲート電極１３に開口部１７Ａを形成し、更に、ゲート電極１３に形成された開口部１７Ａに連通する開口部１７Ｂを絶縁層１２に形成する（図１１の（Ｂ）参照）。尚、マトリックス２０を金属酸化物、例えばＩＴＯから構成する場合、絶縁層１２をエッチングするとき、マトリックス２０がエッチングされることはない。即ち、絶縁層１２とマトリックス２０とのエッチング選択比はほぼ無限大である。従って、絶縁層１２のエッチングによってカーボン・ナノチューブ２１に損傷が発生することはない。
【０１２１】
［工程−Ｂ６］
次いで、以下の表４に例示する条件にて、マトリックス２０の一部を除去し、マトリックス２０から先端部が突出した状態のカーボン・ナノチューブ２１を得ることが好ましい。こうして、図１２の（Ａ）に示す構造の電子放出部１１８Ａを得ることができる。
【０１２２】
［表４］
エッチング溶液：塩酸
エッチング時間：１０秒〜３０秒
エッチング温度：１０〜６０゜Ｃ
【０１２３】
マトリックス２０のエッチングによって一部あるいは全てのカーボン・ナノチューブ２１の表面状態が変化し（例えば、その表面に酸素原子や酸素分子、フッ素原子が吸着し）、電界放出に関して不活性となっている場合がある。それ故、その後、電子放出部１１８Ａに対して水素ガス雰囲気中でのプラズマ処理を行うことが好ましく、これによって、電子放出部１１８Ａが活性化し、電子放出部１１８Ａからの電子の放出効率の一層の向上させることができる。プラズマ処理の条件を、以下の表５に例示する。
【０１２４】
［表５］
使用ガス      ：Ｈ２＝１００ｓｃｃｍ
電源パワー    ：１０００Ｗ
支持体印加電力：５０Ｖ
反応圧力      ：０．１Ｐａ
支持体温度    ：３００゜Ｃ
【０１２５】
その後、カーボン・ナノチューブ２１からガスを放出させるために、加熱処理や各種のプラズマ処理を施してもよいし、カーボン・ナノチューブ２１の表面に意図的に吸着物を吸着させるために吸着させたい物質を含むガスにカーボン・ナノチューブ２１を晒してもよい。また、カーボン・ナノチューブ２１を精製するために、酸素プラズマ処理やフッ素プラズマ処理を行ってもよい。
【０１２６】
［工程−Ｂ７］
その後、絶縁層１２に設けられた開口部１７Ｂの側壁面を等方的なエッチングによって後退させることが、ゲート電極１３の開口端部を露出させるといった観点から、好ましい。次いで、マスク層２２を除去する。こうして、図１２の（Ｂ）に示す電界放出素子を完成することができる。
【０１２７】
尚、［工程−Ｂ５］の後、［工程−Ｂ７］、［工程−Ｂ６］の順に実行してもよい。
【０１２８】
［扁平型電界放出素子（その２）］
扁平型電界放出素子の模式的な一部断面図を、図１３の（Ａ）に示す。この扁平型電界放出素子は、例えばガラスから成る支持体１０上に形成されたカソード電極１１、支持体１０及びカソード電極１１上に形成された絶縁層１２、絶縁層１２上に形成されたゲート電極１３、ゲート電極１３及び絶縁層１２上に形成された絶縁膜１４、絶縁膜１４上に形成されたシールド電極１５の部分、シールド電極１５及び絶縁膜１４に形成された第２開口部１６、ゲート電極１３及び絶縁層１２を貫通し、第２開口部１６と連通する開口部１７（ゲート電極１３に設けられた開口部７Ａ及び絶縁層１２に設けられた開口部１７Ｂ）、並びに、開口部１７の底部に位置するカソード電極１１の部分の上に設けられた扁平の電子放出部（電子放出層１１８Ｂ）から成る。ここで、電子放出層１１８Ｂは、図面の紙面垂直方向に延びたストライプ状のカソード電極１１上に形成されている。また、ゲート電極１３は、図面の紙面左右方向に延びている。カソード電極１１及びゲート電極１３はクロムから成る。電子放出層１１８Ｂは、具体的には、グラファイト粉末から成る薄層から構成されている。図１３の（Ａ）に示した扁平型電界放出素子においては、カソード電極１１の表面の全域に亙って、電子放出層１１８Ｂが形成されているが、このような構造に限定するものではなく、要は、少なくとも開口部１７の底部に電子放出層１１８Ｂが設けられていればよい。
【０１２９】
［平面型電界放出素子］
平面型電界放出素子の模式的な一部断面図を、図１３の（Ｂ）に示す。この平面型電界放出素子は、例えばガラスから成る支持体１０上に形成されたストライプ状のカソード電極１１、支持体１０及びカソード電極１１上に形成された絶縁層１２、絶縁層１２上に形成されたストライプ状のゲート電極１３、ゲート電極１３及び絶縁層１２上に形成された絶縁膜１４、絶縁膜１４上に形成されたシールド電極１５の部分、シールド電極１５及び絶縁膜１４に形成された第２開口部１６、ゲート電極１３及び絶縁層１２を貫通し、第２開口部１６と連通する開口部１７（ゲート電極１３に設けられた開口部７Ａ及び絶縁層１２に設けられた開口部１７Ｂ）から成る。開口部１７の底部にはカソード電極１１が露出している。カソード電極１１は、図面の紙面垂直方向に延び、ゲート電極１３は、図面の紙面左右方向に延びている。カソード電極１１及びゲート電極１３はクロム（Ｃｒ）から成り、絶縁層１２はＳｉＯ２から成る。ここで、開口部１７の底部に露出したカソード電極１１の部分が電子放出部１１８Ｃに相当する。
【０１３０】
以上、本発明を、発明の実施の形態に基づき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。発明の実施の形態にて説明したアノードパネルやカソードパネル、表示装置や電界放出素子の構成、構造は例示であり、適宜変更することができるし、アノードパネルやカソードパネル、表示装置や電界放出素子の製造方法も例示であり、適宜変更することができる。更には、アノードパネルやカソードパネルの製造において使用した各種材料も例示であり、適宜変更することができる。表示装置においては、専らカラー表示を例にとり説明したが、単色表示とすることもできる。
【０１３１】
実施の形態における電界放出素子においては、専ら１つの開口部に１つの電子放出部が対応する形態を説明したが、電界放出素子の構造に依っては、１つの開口部に複数の電子放出部が対応した形態、あるいは、複数の開口部に１つの電子放出部が対応する形態とすることもできる。あるいは又、ゲート電極に複数の開口部を設け、絶縁層にかかる複数の開口部に連通した１つの開口部を設け、１又は複数の電子放出部を設ける形態とすることもできる。
【０１３２】
実施の形態における電界放出素子においては、専ら１つの第２開口部１６に１つの開口部１７が対応する形態を説明したが、電界放出素子の構造に依っては、１つの第２開口部１６に複数の開口部１６が対応した形態とすることができる。図１４及び図１５に、このような形態を図示する。尚、図１４は、このような表示装置の模式的な一部端面図である。また、図１５は、シールド電極１５、シールド電極１５に設けられた第２開口部１６、ゲート電極１３に設けられた開口部１７Ａの配置状態を示す図であり、表示装置を構成する電子放出領域を上から眺めた模式図である。図１５において、シールド電極１５の下方に位置するゲート電極１３を点線で表し、カソード電極１１を一点鎖線で示す。尚、電界放出素子として、スピント型電界放出素子を示したが、その他の構成を有する電界放出素子を適用することもできる。
【０１３３】
シールド電極は、実施の形態にて説明した方法にて形成するだけでなく、例えば、厚さ数十μｍの４２％Ｎｉ−Ｆｅアロイから成る金属板の両面に、例えばＳｉＯ２から成る絶縁膜を形成した後、各画素に対応した領域にパンチングやエッチングすることによって第２開口部を形成することでシールド電極を作製することもできる。そして、カソードパネル、金属板、アノードパネルを積み重ね、両パネルの外周部に枠体を配置し、加熱処理を施すことによって、金属板の一方の面に形成された絶縁膜と絶縁層１２とを接着させ、金属板の他方の面に形成された絶縁膜とアノードパネルとを接着し、これらの部材を一体化させ、その後、真空封入することで、表示部を完成させることもできる。
【０１３４】
ゲート電極を、有効領域を１枚のシート状の導電材料（開口部を有する）で被覆した形式のゲート電極とすることもできる。この場合には、かかるゲート電極に正の電圧を印加する。そして、各画素を構成するカソード電極とカソード電極制御回路との間に、例えば、ＴＦＴから成るスイッチング素子を設け、かかるスイッチング素子の作動によって、各画素を構成する電子放出部への印加状態を制御し、画素の発光状態を制御する。
【０１３５】
あるいは又、カソード電極を、有効領域を１枚のシート状の導電材料で被覆した形式のカソード電極とすることもできる。この場合には、かかるカソード電極に電圧を印加する。そして、各画素を構成する電子放出部とゲート電極制御回路との間に、例えば、ＴＦＴから成るスイッチング素子を設け、かかるスイッチング素子の作動によって、各画素を構成するゲート電極への印加状態を制御し、画素の発光状態を制御する。
【０１３６】
【発明の効果】
本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置においては、第１の抵抗部材の抵抗値ＲＡ、第２の抵抗部材の抵抗値ＲＳ、及び、アノード電極制御回路の出力電圧ＶＡの関係を規定することによって、また、本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子放出表示装置においては、第１の抵抗部材の抵抗値ＲＡ、第２の抵抗部材の抵抗値ＲＳ、アノード電極制御回路の出力電圧ＶＡ、シールド電極とゲート電極全体との間の容量ＣＳＧ、及び、ゲート電極とカソード電極全体との間の容量ＣＧＣの関係を規定することによって、アノード電極とシールド電極との間に異常放電が発生したときに、シールド電極の電位が異常に上昇することを防止することができる。その結果、冷陰極電界電子放出表示装置の表示部を構成する要素の損傷発生や、カソード電極制御回路、ゲート電極制御回路、シールド電極制御回路等の各種の電極制御回路の損傷発生を防止することができ、冷陰極電界電子放出表示装置の長寿命化を達成することができる。また、表示品質が損なわれることがなくなり、動作の安定性や信頼性に優れた冷陰極電界電子放出表示装置を得ることができる。
【０１３７】
また、通常、完成直後の冷陰極電界電子放出表示装置にエージング処理を行っている。このエージング処理は、電子放出領域から徐々に電子を放出させ、電子放出領域の表面を電子が放出し易い状態とする処理である。具体的には、カソード電極、ゲート電極、アノード電極に印加する電圧を徐々に、実際の冷陰極電界電子放出表示装置の動作電圧に近づけていく。このようなエージング処理によって、カソードパネルやアノードパネルを構成する各要素から徐々に残留ガスを放出させることができ、これらの要素から一度に多量の残留ガスが放出されることを防止し得る。このようなエージング処理時、アノード電極とシールド電極との間に異常放電が発生し易い。本発明の冷陰極電界電子放出表示装置にあっては、このエージング処理時におけるアノード電極とシールド電極との間での異常放電によって、冷陰極電界電子放出表示装置の表示部を構成する要素の損傷発生や各種の電極制御回路の損傷発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示装置の模式的な一部端面図である。
【図２】図２は、発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示装置の表示部を構成するカソードパネルとアノードパネルを分解したときの模式的な部分的斜視図である。
【図３】図３は、発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示装置を構成する電子放出領域を上から眺めた模式図である。
【図４】図４は、発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示装置において、シールド電極とアノード電極との間で異常放電が発生したときの等価回路である。
【図５】図５は、発明の実施の形態１において、第２の抵抗部材の抵抗値ＲＳを、１０００Ωとしたときの、放電電圧シミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】図６は、発明の実施の形態１において、第２の抵抗部材の抵抗値ＲＳを、１００Ωとしたときの、放電電圧シミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】図７は、発明の実施の形態１において、第２の抵抗部材の抵抗値ＲＳを、１０Ωとしたときの、放電電圧シミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】図８は、発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出表示装置において、シールド電極とアノード電極との間で異常放電が発生したときの等価回路である。
【図９】図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図である。
【図１０】図１０の（Ａ）及び（Ｂ）は、図９の（Ｂ）に引き続き、スピント型冷陰極電界電子放出素子の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端面図である。
【図１１】図１１の（Ａ）及び（Ｂ）は、扁平型冷陰極電界電子放出素子（その１）の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図である。
【図１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１の（Ｂ）に引き続き、扁平型冷陰極電界電子放出素子（その１）の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部断面図である。
【図１３】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、扁平型冷陰極電界電子放出素子（その２）の模式的な一部断面図、及び、平面型冷陰極電界電子放出素子の模式的な一部断面図である。
【図１４】図１４は、発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示装置の変形例の模式的な一部端面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示した冷陰極電界電子放出表示装置を構成する電子放出領域を上から眺めた模式図である。
【図１６】図１６は、特開平９−９０８９８の図２に開示された電界放出素子を模式的な一部端面図である。
【符号の説明】
ＣＰ・・・カソードパネル、ＡＰ・・・アノードパネル、ＤＰ・・・表示部、１０・・・支持体、１１・・・カソード電極、１２・・・絶縁層、１３・・・ゲート電極、１４・・・絶縁膜、１５・・・シールド電極、１６・・・第２開口部、１７，１７Ａ，１７Ｂ・・・開口部、１８・・・電子放出領域、１１８・・・電子放出部、１９Ａ・・・剥離層、１９Ｂ・・・導電材料層、２０・・・マトリックス、２１・・・カーボン・ナノチューブ、２２・・・マスク層、３０・・・基板、３１・・・蛍光体層、３２・・・ブラックマトリックス、３３・・・隔壁、３４・・・アノード電極、３５・・・枠体、４０・・・カソード電極制御回路、４１・・・ゲート電極制御回路、４２・・・シールド電極制御回路、４３・・・アノード電極制御回路、５１・・・第１の抵抗部材、５２・・・第２の抵抗部材
【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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【図１５】
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【図１６】
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