(57)【要約】【課題】各エミッタから放出された電子ビームを製造コストの安い構成によって有効に集束させることができる電界放出型電子源素子を提供する。【解決手段】電界放出型電子源素子は、基板６上に配置された１個以上の電界放出型電子源（ＦＥＡ）駆動領域の中に形成された複数のエミッタ２と、各エミッタ２を囲むように基板６上に形成された絶縁層４と、各エミッタ２から電子ビームを放出させるように各エミッタ２へ電圧を印加するために、各エミッタ２を囲むように絶縁層４の上に形成された引出し電極５と、各エミッタ２から放出された電子ビームを集束させるためにＦＥＡ駆動領域を囲むように形成された電子ビーム集束層１とを具備する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置された１個以上の電界放出型電子源（ＦＥＡ）駆動領域の中に形成された複数のエミッタと、
各エミッタを囲むように前記基板上に形成された絶縁層と、
各エミッタから電子ビームを放出させるように各エミッタへ電圧を印加するために、各エミッタを囲むように前記絶縁層の上に形成された引出し電極と、
各エミッタから放出された前記電子ビームを集束させるために前記ＦＥＡ駆動領域を囲むように形成された電子ビーム集束層とを具備することを特徴とする電界放出型電子源素子。
【請求項２】
前記１個以上のＦＥＡ駆動領域は、長方形状をしている複数個のＦＥＡ駆動領域である、請求項１記載の電界放出型電子源素子。
【請求項３】
前記複数個のＦＥＡ駆動領域は、マトリックス状に配置されており、
前記電子ビーム集束層は、各ＦＥＡ駆動領域を囲むように格子状に形成されている、請求項２記載の電界放出型電子源素子。
【請求項４】
中心部に配置されたＦＥＡ駆動領域を囲む電子ビーム集束層の高さは、周辺部に配置されたＦＥＡ駆動領域を囲む電子ビーム集束層の高さよりも低くなっている、請求項２記載の電界放出型電子源素子。
【請求項５】
前記１個以上のＦＥＡ駆動領域は、六角形状をしている複数個のＦＥＡ駆動領域であり、
前記複数個のＦＥＡ駆動領域は、ハニカム状に配置されており、
前記電子ビーム集束層は、ハニカム状に配置された複数個のＦＥＡ駆動領域のそれぞれを囲むように形成されている、請求項１記載の電界放出型電子源素子。
【請求項６】
請求項１記載の電界放出型電子源素子の製造方法であって、
基板上に配置された１個以上の電界放出型電子源（ＦＥＡ）駆動領域の中に複数のエミッタを形成する工程と、
各エミッタを囲むように前記基板上に絶縁層を形成する工程と、
各エミッタから電子ビームを放出させるように各エミッタへ電圧を印加するために、各エミッタを囲むように前記絶縁膜の上に引出し電極を形成する工程と、
各エミッタから放出された前記電子ビームを集束させるために前記ＦＥＡ駆動領域を囲むように電子ビーム集束層を形成する工程とを包含することを特徴とする電界放出型電子源素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の電界放出型電子源素子を備えたことを特徴とする陰極線管用の電子銃。
【請求項８】
請求項１１記載の電子銃を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に配置された複数のエミッタを備える電界放出型電子源素子、その製造方法、電子銃および画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子銃に設けられたカソードとして電界放出型電子源素子を使用する際に、電界放出型電子源素子に設けられたエミッタから放出された電子ビームのスポット径Φ１を縮小するためには、放出された電子ビームの広がり角度を示す発散角を小さくしたり、カソードの動作径Ｄ１を小さくする必要がある。
【０００３】
カソードの動作径Ｄ１は電子ビームのスポット径Φ１と正比例するので、カソードの動作径Ｄ１を小さくすればするほど、電子ビームのスポット径Φ１を縮小することができる。しかしながら、カソードの動作径Ｄ１を小さくすると、カソードの電流密度が増大するため、カソードの寿命特性が低下する。
【０００４】
エミッタから放出された電子ビームの広がり角度を抑制するために、各エミッタから電子ビームを放出させるように各エミッタへ電圧を印加するための引出し電極の上にフォーカスゲート電極を形成したダブルゲート構造が提案されている。このダブルゲート構造によれば、電子ビームの広がり角度を有効に抑制することができる。
【０００５】
また、電子ビームの広がり角度を抑制するために、引き出し電極の隣に集束レンズを形成する構造が提案されている。この集束レンズを形成する構造は、電界放出型電子源素子の電極の構成を変更するだけで簡易に作製することが可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２０３４９４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述したダブルゲート構造では、電子ビームの広がり角度を有効に抑制するために、フォーカスゲート電極および引き出しゲート電極の厚みを２マイクロメートル（μｍ）以上に形成する必要がある。通常の半導体プロセスによって厚みを２マイクロメートル（μｍ）以上にフォーカスゲート電極および引き出しゲート電極を形成しようとすると、コストが増大し、歩留まりが低下するとういう問題が生じる。
【０００８】
また前述した集束レンズを形成する構造では、電子ビームの広がり角度を抑制する集束効果を十分に得ることができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、各エミッタから放出された電子ビームを製造コストの安い構成によって有効に集束させることができる電界放出型電子源素子、その製造方法、電子銃および画像表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電界放出型電子源素子は、基板上に配置された１個以上の電界放出型電子源（ＦＥＡ）駆動領域の中に形成された複数のエミッタと、各エミッタを囲むように前記基板上に形成された絶縁層と、各エミッタから電子ビームを放出させるように各エミッタへ電圧を印加するために、各エミッタを囲むように前記絶縁層の上に形成された引出し電極と、各エミッタから放出された前記電子ビームを集束させるために前記ＦＥＡ駆動領域を囲むように形成された電子ビーム集束層とを具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る電界放出型電子源素子の製造方法は、基板上に配置された１個以上の電界放出型電子源（ＦＥＡ）駆動領域の中に複数のエミッタを形成する工程と、各エミッタを囲むように前記基板上に絶縁層を形成する工程と、各エミッタから電子ビームを放出させるように各エミッタへ電圧を印加するために、各エミッタを囲むように前記絶縁膜の上に引出し電極を形成する工程と、各エミッタから放出された前記電子ビームを集束させるために前記ＦＥＡ駆動領域を囲むように電子ビーム集束層を形成する工程とを包含することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る電子銃は、本発明に係る電界放出型電子源素子を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る画像表示装置は、本発明に係る電子銃を備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施の形態に係る電界放出型電子源素子においては、各エミッタから放出された前記電子ビームを集束させるために電子ビーム集束層がＦＥＡ駆動領域を囲むように形成されている。このため、各エミッタから放出された前記電子ビームを低いコストによって有効に集束させることができる。
【００１５】
前記１個以上のＦＥＡ駆動領域は、長方形状をしている複数個のＦＥＡ駆動領域であることが好ましい。
【００１６】
前記複数個のＦＥＡ駆動領域のそれぞれは、長方形状をしており、前記複数個のＦＥＡ駆動領域は、マトリックス状に配置されており、前記電子ビーム集束層は、各ＦＥＡ駆動領域を囲むように格子状に形成されていることが好ましい。
【００１７】
中心部に配置されたＦＥＡ駆動領域を囲む電子ビーム集束層の高さは、周辺部に配置されたＦＥＡ駆動領域を囲む電子ビーム集束層の高さよりも低くなっていることが好ましい。
【００１８】
前記１個以上のＦＥＡ駆動領域は、六角形状をしている複数個のＦＥＡ駆動領域であり、前記複数個のＦＥＡ駆動領域は、ハニカム状に配置されており、前記電子ビーム集束層は、ハニカム状に配置された複数個のＦＥＡ駆動領域のそれぞれを囲むように形成されていることが好ましい。
【００１９】
各ＦＥＡ駆動領域は、１辺が２５０マイクロメータ（μｍ）の正方形状をしていることが好ましい。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は本実施の形態に係る電界放出型電子源素子１００の構成を模式的に示す平面図であり、図２は電界放出型電子源素子１００の概略構成を示す断面図であり、図３は電界放出型電子源素子１００の詳細な構成を示す一部断面図である。
【００２２】
電界放出型電子源素子１００は、基板６上に３行×３列のマトリックス状に配置された１辺がＤ＝２５０マイクロメータ（μｍ）±５マイクロメータ（μｍ）の略正方形状の９個の電界放出型電子源（ＦＥＡ）駆動領域３の中に形成された略円すい形状をした複数のエミッタ２を備えている。各エミッタ２を囲むように絶縁層４が基板６上に形成されている。絶縁層４の上には、各エミッタ２から電子ビームを放出させるように各エミッタ２へ電圧を印加するために、各エミッタ２を囲むように引出し電極５が形成されている。
【００２３】
各ＦＥＡ駆動領域３の周りには、絶縁層８が引出し電極５の上に形成されている。絶縁層８の上には、接合層７が形成されている。各エミッタ２から放出された電子ビームを集束させるためにＦＥＡ駆動領域３を囲むように格子状に電子ビーム集束層１がＨ＝１３０マイクロメータ（μｍ）±１０マイクロメータ（μｍ）の高さに形成されている。
【００２４】
この電子ビーム集束層１は、ニッケルメッキによって構成されている。このニッケルメッキは、スルファミン酸ニッケルメッキ法に従った電界メッキによって形成されている。
【００２５】
このように構成された電界放出型電子源素子１００においては、各エミッタ２を囲むように形成された引出し電極５から各エミッタ２へ電圧が印加されると各エミッタ２は電子ビームを放出する。各エミッタ２から放出された電子ビームは、電子ビーム集束層１によって広がり角度が抑制され、有効に集束する。このため、各エミッタ２から放出された電子ビームのスポット径が縮小する。
【００２６】
ＦＥＡ駆動領域３の分割の態様と電子ビーム集束層１の形成の態様とを最適に設計すると、各エミッタ２から放出された電子ビームの集束性能と電流密度の集積化とを両立させることができる。
【００２７】
図４ないし図１１は、本実施の形態に係る電界放出型電子源素子１００の製造方法を説明するための断面図である。
【００２８】
図４を参照すると、まず基板６の上の各ＦＥＡ駆動領域３（図１）の中に円錐形状をした複数個のエミッタ２を突設する。そして、各エミッタ２を取り囲むように絶縁層４を形成する。次に、絶縁層４の上に、開口を有する引き出し電極５を形成する。各エミッタ２は、引き出し電極５の開口に対応するように形成されている。
【００２９】
図５を参照すると、引き出し電極５の上に絶縁層８を各エミッタ２を覆うように形成する。そして図６を参照すると、絶縁層８を覆うように接合層７を約１マイクロメータ（μｍ）の厚みに形成する。接合層７は、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）等の導電部材によって構成されている。
【００３０】
次に図７を参照すると、接合層７の上に、ＦＥＡ駆動領域３を囲む接合層７に到達する開口を有するレジスト９をパターニングする。図８を参照すると、その後、レジスト９の開口に電子ビーム集束層１を形成する。電子ビーム集束層１は、ニッケル（Ｎｉ）メッキによって構成されており、このニッケル（Ｎｉ）メッキは、スルファミン酸ニッケルメッキ法に従った電界メッキによって形成されている。
【００３１】
図９を参照すると、その後、レジスト９を除去する。そして、図１０を参照すると、電子ビーム集束層１の下側以外の接合層７を除去する。次に、図１１を参照すると、電子ビーム集束層１および接合層７の下側以外の絶縁層８を除去してエミッタ２を露出させる。このようにして、電界放出型電子源素子が完成する。
【００３２】
以上のように本実施の形態によれば、各エミッタ２から放出された電子ビームを集束させるために電子ビーム集束層１がＦＥＡ駆動領域３を囲むように形成されている。このため、各エミッタ２から放出された電子ビームを有効に集束させることができる。
【００３３】
図１２は本実施の形態に係る他の電界放出型電子源素子１００Ａの構成を模式的に示す平面図であり、図１３は他の電界放出型電子源素子１００Ａの概略構成を示す断面図である。図１ないし図３を参照して前述した電界放出型電子源素子１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３４】
電界放出型電子源素子１００Ａは、基板６Ａ上にハニカム状に配置された正六角形状の７個の電界放出型電子源（ＦＥＡ）駆動領域３Ａの中に形成された略円すい形状をした複数のエミッタ２を備えている。各エミッタ２を囲むように絶縁層４Ａが基板６Ａ上に形成されている。絶縁層４Ａの上には、各エミッタ２から電子ビームを放出させるように各エミッタ２へ電圧を印加するために、各エミッタ２を囲むように引出し電極５Ａが形成されている。
【００３５】
各エミッタ２から放出された電子ビームを集束させるためにＦＥＡ駆動領域３Ａを囲むように電子ビーム集束層１Ａが形成されている。
【００３６】
中心部に配置されたＦＥＡ駆動領域３Ａを囲む電子ビーム集束層１Ａの高さは、周辺部に配置されたＦＥＡ駆動領域３Ａを囲む電子ビーム集束層１Ａの高さよりも低くなっている。このため、電界放出型電子源素子１００Ａの周縁ほど強いレンズ作用が奏される。その結果、歪の少ない小さなスポットを形成することができる。
【００３７】
このように、正六角形状のＦＥＡ駆動領域３Ａがハニカム状に配置されているので、ＦＥＡ駆動領域３Ａの中心に配置されたエミッタ２と電子ビーム集束層１Ａとの間の距離とＦＥＡ駆動領域３Ａの周縁に配置されたエミッタ２と電子ビーム集束層１Ａとの間の距離との間の差が小さくなる。このため、電子ビーム集束層１Ａによるレンズ効果がＦＥＡ駆動領域３Ａ内において均一化される。その結果、電子ビーム集束層１Ａの集束性能がより一層向上する。
【００３８】
また、ハニカム状とすることによりＦＥＡ領域を円形状に近づけることができる。従って、電子ビームのビームスポット形状を円形にすることができる。
【００３９】
本実施の形態に係る電界放出型電子源素子は、電界放出型電子源素子を備えた電子銃および画像表示装置に適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、各エミッタから放出された電子ビームを製造コストの安い構成によって有効に集束させることができる電界放出型電子源素子、その製造方法、電子銃および画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の構成を模式的に示す平面図
【図２】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の概略構成を示す断面図
【図３】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の詳細な構成を示す一部断面図
【図４】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の製造方法を説明するための断面図
【図５】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の製造方法を説明するための断面図
【図６】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の製造方法を説明するための断面図
【図７】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の製造方法を説明するための断面図
【図８】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の製造方法を説明するための断面図
【図９】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の製造方法を説明するための断面図
【図１０】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の製造方法を説明するための断面図
【図１１】本実施の形態に係る電界放出型電子源素子の製造方法を説明するための断面図
【図１２】本実施の形態に係る他の電界放出型電子源素子の構成を模式的に示す平面図
【図１３】本実施の形態に係る他の電界放出型電子源素子の概略構成を示す断面図
【符号の説明】
１  電子ビーム集束層
２  エミッタ
３  ＦＥＡ駆動領域
４  絶縁層
５  引出し電極
６  基板
【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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