(57)【要約】【目的】エミッタホールが比較的大きな開口を有する形状であるにもかかわらず、ダイオードアクションを起こさない電子放出装置を提供する。【構成】絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設されたカソード電極と、前記カソード電極の上面全面またはその中央部分だけに配設された電子源膜と、前記電子源膜が配設されていない前記カソード電極部分の上面またはカソード電極部分の上面を覆うゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上面の全部または一部を覆うゲート電極と、前記ゲート電極および電子源膜の上方に離間して配設されたアノード電極で構成された電子放出装置において、前記中央部分の電子源膜が周辺部分の電子源膜よりもくぼんでいることを特徴とする電子放出装置。【選択図】図１
2004071527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設されたカソード電極と、前記カソード電極の上面全面またはその中央部分だけに配設された電子源膜と、前記電子源膜が配設されていない前記カソード電極部分の上面またはカソード電極部分の上面を覆うゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上面の全部または一部を覆うゲート電極と、前記ゲート電極および電子源膜の上方に離間して配設されたアノード電極で構成された電子放出装置において、前記中央部分の電子源膜が周辺部分の電子源膜よりもくぼんでいることを特徴とする電子放出装置。
【請求項２】
請求項１の電子放出装置において、前記中央部分の電子源膜の表面が前記周辺部分のカソード電極下面高さよりも低く位置することを特徴とする電子放出装置。
【請求項３】
請求項１の電子放出装置において、前記周辺部分の電子源表面高さと前記中央部分の電子源表面高さとの差分高さが前記ゲート絶縁膜厚よりも大きいことを特徴とする電子放出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの電子放出装置において、前記周辺部分にはカソード電極が配設されていて中央部分にはカソード電極が配設されていないことと、前記電子源膜が導電性を有してかつ前記周辺部のカソード電極上と中心部分絶縁基板露出表面の両方の領域に配設されていることを特徴とする電子放出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの電子放出装置において、前記周辺部のカソード電極表面が前記絶縁基板表面と平行な平坦表面であることを特徴とする電子放出装置。
【請求項６】
絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設された第１のカソード電極と、前記第１のカソード電極の上面の周辺部分にカソード絶縁膜を介して配設する第２のカソード電極と少なくとも前記第２のカソード電極の上面に配設された電子源膜と、前記電子源膜が配設されていない前記第２のカソード電極部分の上面を覆うゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上面の全部または一部を覆うゲート電極と、前記ゲート電極および電子源膜の上方に離間して配設されたアノード電極で構成された電子放出装置において、前記中央部分の第１のカソード電極の少なくとも一部の表面が露出していることを特徴とする電子放出装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかの電子放出装置において、前記アノード電極、ゲート電極、カソード電極の各電位がＶａ，Ｖｇ，Ｖｋ、前記アノード電極とゲート電極上面との距離がｄａ、前記ゲート電極下面と前記電子源膜中央部分の上面との距離をｄｋｃとした場合にその関係が（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜の中央部分からの電子放出密度が周辺部からの電子放出密度よりも少ないことを特徴とする電子放出装置。
【請求項８】
請求項６の電子放出装置において、前記アノード電極、ゲート電極、第１のカソード電極の各電位がＶａ，Ｖｇ，Ｖｋ１、前記アノード電極とゲート電極上面との距離がｄａ、前記ゲート電極下面と前記電子源膜中央部分の上面との距離をｄｋｃとした場合にその関係が（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ１）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜の中央部分からの電子放出密度が周辺部からの電子放出密度よりも少ないようにＶｋ１を設定することを特徴とする電子放出装置。
【請求項９】
請求項１から６のいずれかの電子放出装置において、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ２）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜から放出された電子が前記ゲート電極高さで前記電子源膜中央に集束されていることを特徴とする電子放出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】電子放出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブを用いた電子放出装置は従来からいくつか提案されてきた。韓国のサムソンＳＤＩが開発したＣＮＴ−ＦＥＤ（カーボンナノチューブフィールドエミッションディスプレイ）技術は日経マイクロデバイス別冊フラットパネル・ディスプレイ２００２戦略編Ｐ１９６〜２０４（日経ＢＰ社発行：電話０３−５６９６−１１１１）に説明されている。図１７がカソードパネル８の構成である。前記カソードパネルにおいて、ゲート配線７とカソード配線２とがゲート絶縁膜６を介して互いに直交して配列されている。ゲート配線とカソード配線との交差部分には円筒穴形状にゲート配線とゲート絶縁膜を取り除いた部分があり、この部分をエミッタホール１１と呼ぶ。前記エミッタホールの底部にカーボンナノチューブ含有ペースト（以後、ＣＮＴペーストと呼ぶ）を電子源膜５として塗布してある。この構造の断面構造を図１８に示す。ガラス基板１の上にカソード配線２とゲート絶縁膜６とゲート配線７が配設されている。ゲート配線７とゲート絶縁膜６とには開口（エミッタホール）が設けられていて、その底部にはカソード電極と電気的に接触したＣＮＴペーストが電子源膜５として堆積されている。真空を介して蛍光パネル９がカソードパネル８に対向して配置される。図１７および図１８に示した構成において、エミッタホールの穴の深さは２０μｍ、穴径は３０μｍ程度、蛍光パネルとカソードパネルとの距離は１．５ｍｍ程度とする場合が一般的である。エミッタホールの底部はほぼ平坦である。
【０００３】
【解決しようとする課題】
図１８に示す構造の電子放出装置ではダイオードアクションと呼ばれる故障動作が深刻な問題の１つである。この問題について説明する。図１８においてエミッタホールの穴径が３０μｍ、深さが２０μｍ、蛍光パネルとゲート配線との距離が１４８０μｍ、ゲート配線の厚みは限りなく薄いという構造に対して、電子源膜からの電子放出現象を解説する。電子源膜はその表面の平均電界が１ｋＶ／ｍｍ以上で電子が放出し、３ｋＶ／ｍｍで蛍光パネルを十分に明るく発光させる量の電子放出が得られる性質を備えている。カソード配線に−３０Ｖ、ゲート配線に＋３０Ｖ、蛍光パネルに＋５９７０Ｖを印加することで電子放出がなされる。エミッタホール底部のうち、円周付近ではカソード配線とゲート配線との印加電位差（＋３０Ｖ，−３０Ｖのトータルで６０Ｖ）が２０μｍの距離を隔てていることによる６０Ｖ／２０μｍ＝３ｋＶ／ｍｍの電界が発生することで電子が放出される。中心付近では前記ゲート配線とカソード配線間の電位差による電界と蛍光パネルとカソード配線間の電位差（＋５９７０Ｖ，−３０Ｖのトータル６０００Ｖ）が１４８０μｍ＋２０μｍ＝１５００μの距離を隔てていることによる６０００Ｖ／１５００μｍ＝４ｋＶ／ｍｍの両方の電界の影響を受けて電子が放出される。ＦＥＤなどの応用においては蛍光パネルへの高圧の印加電圧を一定に維持して、ゲート配線、カソード配線の電圧制御によって電子放出量を制御することが一般的である。単純マトリクス方式と呼ばれる駆動方式においては各セル（発光デバイスではピクセルと呼ぶ）のカソード配線（Ｖｋ）、ゲート配線（Ｖｇ）、蛍光パネル（Ｖｐ）のそれぞれの印加電圧は以下の４種類があり得る。（１）Ｖｋ＝−３０Ｖ，Ｖｇ＝＋３０Ｖ，Ｖｐ＝５９７０Ｖ、（２）Ｖｋ＝０Ｖ，Ｖｇ＝＋３０Ｖ，Ｖｐ＝５９７０Ｖ）、（３）Ｖｋ＝−３０Ｖ，Ｖｇ＝＋０Ｖ，Ｖｐ＝５９７０Ｖ、（４）Ｖｋ＝０Ｖ，Ｖｇ＝０Ｖ，Ｖｐ＝５９７０Ｖの４種類である。（１）では電子放出がなされて、（２）と（３）と（４）では電子放出がゼロにならなければならない。（１）についてはすでに考察済みであるので（２）と（３）について以下で考察する。（２）の印加電圧においてはエミッタホール底部の円周周辺においての電界は、電圧Ｖｇ−Ｖｋ＝＋１５Ｖ、距離２０μｍの条件によって０．７５ＫＶ／ｍｍである。電子放出のしきい値である１ｋＶ／ｍｍ以下であるのでこの部分からは電子放出されないと考えてよい。中心部分においては蛍光パネルの印加電圧の影響による約４ｋＶ／ｍｍの電界の影響を強く受ける。この電界は電子放出させるに十分な電界である。上記蛍光パネルによる高電界の影響を受けてエミッタホールの底部では円周部分から中心に向かって電界が高くなり、１ＫＶ／ｍｍを超えると電子放出が起きてしまう。（２）の印加状態では電子放出を無くしたいのであるが、この状態でも電子が放出されてしまう故障状態をダイオードアクションと呼んでいる。ダイオードアクションを抑制するには蛍光パネルの印加電圧を下げる、蛍光パネルとカソードパネルの距離を離す、エミッターホールの開口を狭くする、などの方法があるが、蛍光パネルの印加電圧を下げると蛍光体の発光が低下して暗くなる、距離を離すにはその構造���支える構造を作るのが難しくなりコストが上がる、エミッタホールの開口を狭くするには高コストのプロセス技術を使用する必要がある、といった具合にそれぞれ問題が生じる。上記（３）の印加電圧条件でも（２）と同様の問題がある。
【０００４】
【課題を解決する手段】
本発明の電子放出装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設されたカソード電極と、前記カソード電極の上面全面またはその中央部分だけに配設された電子源膜と、前記電子源膜が配設されていない前記カソード電極部分の上面またはカソード電極部分の上面を覆うゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上面の全部または一部を覆うゲート電極と、前記ゲート電極および電子源膜の上方に離間して配設されたアノード電極で構成されていることに加えて、前記中央部分の電子源膜が周辺部分の電子源膜よりもくぼんでいることを第１の特徴とし、
第２に、前記第１の特徴に加えて、前記中央部分の電子源膜の表面が前記周辺部分のカソード電極下面高さよりも低く位置することを、
第３に、前記第１または第２の特徴に加えて、前記周辺部分の電子源表面高さと前記中央部分の電子源表面高さとの差分高さが前記ゲート絶縁膜厚よりも大きいことを、
第４に、前記第１から第３のいずれかの特徴に加えて、前記周辺部分にはカソード電極が配設されていて中央部分にはカソード電極が配設されていないことと、前記電子源膜が導電性を有してかつ前記周辺部のカソード電極上と中心部分絶縁基板露出表面の両方の領域に配設されていることを、
第５に、前記第１から第４のいずれかの特徴に加えて、前記周辺部のカソード電極表面が前記絶縁基板表面と平行な平坦表面であることを、
第６に、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設された第１のカソード電極と、前記第１のカソード電極の上面の周辺部分にカソード絶縁膜を介して配設する第２のカソード電極と少なくとも前記第２のカソード電極の上面に配設された電子源膜と、前記電子源膜が配設されていない前記第２のカソード電極部分の上面を覆うゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上面の全部または一部を覆うゲート電極と、前記ゲート電極および電子源膜の上方に離間して配設されたアノード電極で構成された特徴に加えて、前記中央部分の第１のカソード電極の少なくとも一部の表面が露出していることを、
第７に、第１から第５のいずれかの特徴に加えて、前記アノード電極、ゲート電極、カソード電極の各電位がＶａ，Ｖｇ，Ｖｋ、前記アノード電極とゲート電極上面との距離がｄａ、前記ゲート電極下面と前記電子源膜中央部分の上面との距離をｄｋｃとした場合にその関係が（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜の中央部分からの電子放出密度が周辺部からの電子放出密度よりも少ないことを、
第８に、前記第６の特徴に加えて、前記アノード電極、ゲート電極、第１のカソード電極の各電位がＶａ，Ｖｇ，Ｖｋ１、前記アノード電極とゲート電極上面との距離がｄａ、前記ゲート電極下面と前記電子源膜中央部分の上面との距離をｄｋｃとした場合にその関係が（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ１）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜の中央部分からの電子放出密度が周辺部からの電子放出密度よりも少ないようにＶｋ１を設定することを、
第９に、前記第１から第６のいずれかの特徴に加えて、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ１）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜から放出された電子が前記ゲート電極高さで前記電子源膜中央に集束されていることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の電子放出装置において、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設されたカソード電極と、前記カソード電極の上面全面またはその中央部分だけに配設された電子源膜と、前記電子源膜が配設されていない前記カソード電極部分の上面またはカソード電極部分の上面を覆うゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上面の全部または一部を覆うゲート電極と、前記ゲート電極および電子源膜の上方に離間して配設されたアノード電極で構成されていることに加えて、前記中央部分の電子源膜が周辺部分の電子源膜よりもくぼんでいる第１の特徴を備えている場合には、フィールドエミッションディスプレイ（略称：ＦＥＤ）や真空管アンプなどで従来から一般的に採用されているゲート構造と呼ばれる電子放出装置の構造において、従来は平坦もしくは中央部が突起状になっている電子放出表面が中央部で下に凸のくぼんだ形状になっている。ＦＥＤ等の電子放出装置では一般的に蛍光スクリーンなどのアノード電極に正の高電圧を印加し、この高電圧がアノード電極とカソード電極間の電界に影響を与える。前記高電圧が高いとゲート電極の印加電圧如何に関わらずカソード電極中心に電子放出に十分な電界が発生して電子が放出しかねない。本発明では中心部がくぼんでいる分だけ中心部分での電界が弱まり、アノード電極の高電圧による無用な電子を抑制できる。
第２に、前記第１の特徴に加えて、前記中央部分の電子源膜の表面が前記周辺部分のカソード電極下面高さよりも低く位置する特徴を備える場合には、スクリーン印刷やスパッタ堆積等で形成したカソード電極に対して、電子源の周辺部分でのカソード電極の下面高さに対して中央部分での電子源膜の表面の高さを低くする。低くする方法の１つとして、前記中央部分以外をマスクして前記中央部分を選択的にエッチングして中央部分のカソード電極を除去してその後にＣＮＴペーストなどの電子源膜を堆積する。前記エッチング方法としてはサンドブラストやドライエッチング、ウエットエッチングなどがある。
第３に、前記第１または第２の特徴に加えて、前記周辺部分の電子源表面高さと前記中央部分の電子源表面高さとの差分高さが前記ゲート絶縁膜厚よりも大きい特徴を備える場合には、前記アノード電極に正の高電圧が印加さえている状況において前記ゲートで絶縁膜上に配設されたゲート電極への印加電圧によって前記周辺部分の電子源表面からの電子放出を制御する際に前記周辺部分からの電子放出を十分低いレベルまたは完全に抑制するゲート電極印加電圧において前記中央部分の電子源表面からの電子放出も十分低いレベルまたは完全に抑制するために十分に深い位置に前記中央部分電子源表面を配置することとして前記周辺部分の電子源表面高さと前記中央部分の電子源表面高さとの差分高さが前記ゲート絶縁膜厚よりも大きく設定した。
第４に、前記第１から第３のいずれかの特徴に加えて、前記周辺部分にはカソード電極が配設されていて中央部分にはカソード電極が配設されていないことと、前記電子源膜が導電性を有してかつ前記周辺部のカソード電極上と中心部分絶縁基板露出表面の両方の領域に配設されている特徴を備える場合には、導電性のカーボンナノチューブまたは導電性のグラファイト片やナノパーティクルまたは金属粉または有機バインダー成分が加熱によって炭化したもの、またはその組み合わせたものを電子源膜として用いることで中央部分にカソード電極がない状態でも前記導電性の電子源膜が前記周辺部分のカソード電極と電気的に接続していることで前記カソード電極と同電位を有する。前記電子源膜の導電性と中央部分からの電子放出または中央部分へのイオン照射またはその両方によっては前記周辺部分でのカソード電極電位と中央部分の電子源膜電位とは異なるように設計することが可能である。電子源膜が高抵抗で電子放出または正イオン照射またはその両方が前記中央部分で盛んに行われると中央部分の電子源膜の電位が周辺部分のカソード電極電位よりも正にシフトすることで前記中央部分の実効電界を低減して電子放出や破壊的な放電現象を抑制するセーフティーフィードバックに設定することができる。
第５に、前記第１から第４のいずれかの特徴に加えて、前記周辺部のカソード電極表面が前記絶縁基板表面と平行な平坦表面である特徴を備える場合には、平坦なガラス基板上にスクリーン印刷法で選択的に塗布した銀ペースト配線の平坦な表面の上に一部が円筒形に取り除かれたゲート絶縁膜が堆積されていて、そのゲート絶縁膜の上面を導電性配線であるゲート電極が覆った構造において、前記円筒形に取り除かれた部分の直径５０ミクロンに対して同心円で直径３０ミクロンを内径５０ミクロンを外径とするドーナッツ状の周辺部分は前記平坦なカソード配線表面に電子源膜がスプレー塗布されている。そして前記直径３０ミクロンよりも内側の領域は中心部の深さが周辺部よりも２０ミクロン下方となる概半球形状のくぼみ形状になっている。前記スプレー塗布された電子源膜は前記くぼみ形状の部分にも塗布されており、電子膜自身が導電性のため、このくぼみ部分までカソード電極印加電圧となる。ゲート電極に正の電圧を印加することで前記周辺部の平坦表面状から電子が放出される。電子の放出密度は周辺ほど大きく内縁に近づくに従って小さくなる。ただし、くぼみ形状のエッジ部分は電界集中効果によって電子放出密度がその周辺よりも大きい。くぼみ形状の部分は電子源膜の表面とゲート電極との高低差が大きいので電子放出は小さい。ゲート電極電位によっては周辺の平坦部分からは電子放出して、くぼみ部分からは電子放出しないという状況も作り出せる。くぼみ部分は穴が深くなっているのでアノード電極印加の高電圧の影響によるダイオードアクションと呼ばれる電子放出をすることがない。このダイオードアクションとは、アノード、ゲート、カソードのトライオード（三極管とも呼ぶ）構造において、電子放出を制御するゲート電極の制御があまり効かずあたかもアノードとカソードのダイオード（二極管とも呼ぶ）構造で電子が放出されているかのような動作（アクション）のことである。アノード電極に正の高電圧が印加されている場合には、ゲート電極電位が、「電子放出ゼロ」の電圧を印加しているにもかかわらずカソード電極からアノード電極に向けて電子放出されている現象はダイオードアクションの特徴的な１つの現象である。前記特徴的なダイオードアクションを起こす電子源ではゲート電極電位による電子放出制御性が乏しいのでゲート電極電位を「電子放出」の電圧にしても電子放出が少ないという現象を現す場合が多い。
第６に、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配設された第１のカソード電極と、前記第１のカソード電極の上面の周辺部分にカソード絶縁膜を介して配設する第２のカソード電極と少なくとも前記第２のカソード電極の上面に配設された電子源膜と、前記電子源膜が配設されていない前記第２のカソード電極部分の上面を覆うゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上面の全部または一部を覆うゲート電極と、前記ゲート電極および電子源膜の上方に離間して配設されたアノード電極で構成された特徴に加えて、前記中央部分の第１のカソード電極の少なくとも一部の表面が露出している場合には、各電極の印加電位を低い電位のものを先に高い電位のものを後に示すと、第１のカソード電極、第２のカソード電極、ゲート電極、アノード電極という状況においては正のイオンが最も低い電位の第１のカソード電極に選択的に突入してその分、第２のカソード電極への正イオン突入が抑制される。電子放出が暴走して放電破壊に結びつく可能性が他よりも高い電子源膜へ正イオンが突入するということをこの構造とこの電位関係で達成できる。一方、各電極の印加電位を低い電位のものを先に高い電位のものを後に示すと、第２のカソード電極、第１のカソード電極、ゲート電極、アノード電極という状況においては第１のカソード電極電位が第２のカソード電極電位よりも正電位であることによって、中央部付近の電子源膜にかかる電界を弱めることになり、ダイオードアクションによる制御の効かない電子放出という課題を軽減できる。
第７に、第１から第５のいずれかの特徴に加えて、前記アノード電極、ゲート電極、カソード電極の各電位がＶａ，Ｖｇ，Ｖｋ、前記アノード電極とゲート電極上面との距離がｄａ、前記ゲート電極下面と前記電子源膜中央部分の上面との距離をｄｋｃとした場合にその関係が（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜の中央部分からの電子放出密度が周辺部からの電子放出密度よりも少ない特徴を備える場合には、ゲート電極による制御に対して応答がよい周辺部分の電子源膜の電子放出を最適にする際に中央部分から無用に電子放出されることを考慮しないでよい。
第８に、前記第６の特徴に加えて、前記アノード電極、ゲート電極、第１のカソード電極の各電位がＶａ，Ｖｇ，Ｖｋ２、前記アノード電極とゲート電極上面との距離がｄａ、前記ゲート電極下面と前記電子源膜中央部分の上面との距離をｄｋｃとした場合にその関係が（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ２）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜の中央部分からの電子放出密度が周辺部からの電子放出密度よりも少ないようにＶｋ１を設定する特徴を備える場合には、
第９に、前記第１から第６のいずれかの特徴に加えて、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ１）／ｄｋｃの条件において前記電子源膜から放出された電子が前記ゲート電極高さで前記電子源膜中央に集束されていることを特徴とする。
【０００６】
【実施例】本発明の実施例１を説明する。図１は本発明の電子放出装置の断面構造である。エミッタホール１１の構造である。従来の構造との主な違いはエミッタホール底部がドーナッツ状の周辺領域では平坦な面で、それよりも中心領域では下側に窪んだ形状という２つの特徴的な領域を備えることである。便宜上エミッタホール底部でドーナッツ状の平坦部分を「ドーナッツ状領域４」、中心の窪んだ領域を「窪み領域３」と呼ぶ。まず、「窪み領域」の構造について図１を用いて説明する。厚み１．１ｍｍのガラス基板１の上面に銀を含んだ導電性電極であるカソード配線２が配設されている。このカソード配線の厚みは５ミクロンである。カソード配線２と前記ガラス基板には貫通した略円筒状穴３を設けてある。略円筒状穴の直径は２０ミクロンで中心部分の深さは５０ミクロンである。穴の形状を「略円筒状」と表現したが、実際には半球状もしくは下側につぼんだ円錐台形状に近い。円錐台として窪みの形状を表現すると上底は２０ミクロン直径、下底は１６ミクロン直径、深さは５０ミクロンである。エミッタホールはその中心部分に上記くぼみ領域を備え、このくぼみ領域の外周にはドーナッツ状領域を備える。ドーナッツ状領域４は前記直径２０ミクロンの穴を内径として前記穴と同心円で直径４０ミクロンを外周とする領域である。この領域ではカソード配線の上面が平坦な形状で存在する。この平坦なドーナッツ上領域と前記窪み領域３の表面にはスプレーで噴霧塗布したカーボンナノチューブ含有の電子源膜５が固着されている。前記ドーナッツ状領域の電子源膜に含まれるカーボンナノチューブは膜上面に対して垂直配向させて電子放出のための電界集中を促進している。前記ドーナッツ状領域の外側の領域はゲート絶縁膜６とゲート電極７で覆われている。ゲート絶縁膜はスクリーン印刷されたガラスペーストの焼結材料でその厚みは２０ミクロン、ゲート電極は銀含有の導電性電極でその厚みは５ミクロンである。前記ガラス基板およびその上に配設した記号７番までの構造を総称してカソードパネル８と呼ぶ。カソードパネル８と蛍光パネル９はそれぞれ前記電子源膜５と蛍光体塗布面１０が真空を介して対向するように配置して使用される。カソードパネルと蛍光パネルとの対向距離は１．５ｍｍである。電子源膜は塗布・乾燥後に粘着シートを押し付けることで表面を毛羽立たせる活性化処理を行っている。
【０００７】本発明の実施例２を図２と図３に描く。図１の構造の電子放出装置に実際に電圧を印加した例である。図２では蛍光パネルに６ＫＶ、ゲート配線には＋３０Ｖ、カソード配線には−３０Ｖを印加した。等電位面を図２に描く。ドーナッツ状領域では十分な強度の電界が電子源膜に印加されるので十分量の電子放出が得られる。ドーナッツ状領域の中でも内周付近の角では電界集中の効果で低い電圧でも電子放出がしやすい。図３はカソード配線に０Ｖ，ゲート配線に＋３０Ｖ、蛍光パネルに６ＫＶを印加した状態を描いたものである。くぼみ領域は十分にくぼんでいるのでこの領域での電子源膜表面の電界は弱く電子が放出しない。ドーナッツ状領域ではゲート配線とカソード配線とで生じさせた低電界の影響で電子放出を抑制できている。ドーナッツ状領域の内周部の角では電界集中によってわずかながら電子が放出する可能性がある。この角の形状を丸めることで電界集中を抑制して電子放出を抑制したり、この角ではＣＮＴなどの微小突起を寝かせておくなどの工夫をして図３の状態での電子放出を無くしている。
【０００８】本発明の実施例３を図４を用いて説明する。図１の構造と同様であるが、電子源膜を周辺程盛り上げて塗布していることに特徴がある。エミッタホールのドーナッツ状領域の最外周でゲート絶縁膜と接する部分では２０ミクロンの厚みのゲート絶縁膜の半分の高さである１０ミクロンの高さまで電子源膜を積み上げてある。エミッタホールの中心部分に向かってすり鉢状に電子源膜の厚みを減らしており、内周に隣接する部分では厚みは１ミクロン程度である。この構造ではドーナッツ状領域のうち、ゲート配線とカソード配線との間の電位差で制御できる割合が強い最外周領域では電子源膜の高さを高く積むことで実効的にゲート配線とカソード配線との間の電位差で与える電子源膜表面電界を強くして、小さな電位差で大電流の電子放出を行わせて、中心に近いダイオードアクションの危険が大きい領域では電子源膜の電界が弱めになるようにしてある。このすり鉢状の構造は粘着テープによる毛羽立たせ活性化の効率を上げるのにも役立っている。ゲート配線とカソード配線との電位差により制御可能な領域として重要な領域である周辺部の活性化がしやすい構造である。
【０００９】本発明の実施例４を説明する。図１と同様であるが、電子源膜の活性化方法が粘着テープではなく、レーザーなどの非接触方法で行うことで窪み領域内部も活性化していることである。窪み内部が活性化していても図５に示すようにくぼみ領域の印加電界自身を抑制しているのでダイオードアクションは起こらない。
【００１０】本発明の図４の構造を形成する方法を図６から図１３までを用いて実施例５として説明する。図６はガラス基板１の上にカソード配線２、ゲート絶縁膜６、ゲート配線７を堆積して、その上にフォトレジスト膜１２を載せてある。このフォトレジスト膜はドライフィルムと呼ばれる感光性シートでもよいし、液体レジストでもよい。エミッタホールとして予定している位置に４０ミクロンの開口を設けて前記フォトレジスト膜を形成する。図７は前記フォトレスト膜をマスクとしてエミッタホールの穴あけを行なった状態を描いた。穴あけにはサンドブラストを用いた。ゲート配線とゲート絶縁膜はそれぞれ銀粉含有ペーストとガラス成分含有ペーストの乾燥膜である。一方、ガラス基板、カソード配線はそれぞれガラスと金属膜である。まず、前記乾燥膜、ガラス、金属膜の全てを短時間で穴あけできるブラスト粉末およびエアー圧を用いて穴あけ加工を行う。ブラスト粉末とブラストエアーの比率およびエアー圧を調整することで薄いフォトレジスト膜でも十分にマスクとして使用できる条件があることを見つけたのでその条件を用いた。このブラスト工程を第１のブラスト工程と呼ぶ。この工程を完了すると図７の形状になる。乾燥膜のほうが材料としてはブラストレートがガラスや金属よりも高めであるが、穴の中心部分でかつブラスト噴射に垂直な面のブラストレートが高いため形状要素によって図７のようなすり鉢状にガラス基板まで貫通した穴形状が出来上がる。次に、フォトマスクをそのままにして、ブラストの粉末やエアー条件を変えて第２のブラスト工程を行う。一般的に前者の乾燥膜は後者のガラスまたは金属膜に比べてブラストで容易に削れやすい。すなわちブラストレートが高い。ブラスト粉末材料の選定を工夫することでさらに乾燥膜とガラス、金属膜とのブラストレートの差を大きくすることが出来る。ガラスや金属膜よりも硬度が低いブラスト粉末を使用することもブラストレートの差を大きくする工夫の１つである。図８には第２のブラスト工程を終了した時点での穴形状を描いた。こののブラストでは乾燥膜であるゲート電極と絶縁膜に対してだけ加工効果があるので第２のブラスト工程によってドーナッツ状領域の平坦なカソード配線表面を露出させることができた。この後、第１および第２のブラスト工程で使用していたフォトレジスト膜を剥離して新たに薄いシート状のフォトレジスト膜を貼り付ける。このフォトレジスト膜には工夫を施している。通常のフォトレジスト膜では剥離工程でウェット処理を行う必要がある。すなわち、フォトレジスト膜を剥がすために溶液に浸漬させる処理を行う必要がある。以下で説明する工程ではフォトレジスト膜の剥離以前にＣＮＴをスプレーで塗布する工程が含まれている。塗布されたＣＮＴ膜が剥離のためのウェット工程で遊離剥離してしまったり、前記剥離のための溶液でＣＮＴの微細構造が壊れたりすることが懸念されるので、フォトレジスト剥離のためのウェット処理は避けたい。そこで、本実施例ではストリッパブルドライフィルムまたはストリッパブルフォトフィルムとよぶフィルム状のレジストを用いた。このレジストはフィルムを基板に密着するための糊成分に工夫をしているので使用後に剥離する際にはウェット処理なしに、物理的な力だけで簡単に実施できる。剥離しやすくするために多少の湿度を与える場合もある。場合によっては加熱や逆に冷却処理を行ってフィルムを剥離しやすくすることもある。図９は貼り付け直後である。エミッタホールの形状に沿ってフォトレジスト膜が曲がっている。このフォトレジスト膜の露光にはいくつかの方法がある。その１つはポジタイプのフォトレジスト膜を用いて、ガラス基板の裏面から紫外線を照射する方法である。図９でのカソード配線開口部分、すなわち窪み領域では光がレジスト膜に到達してその後の現像で図１０に示すように穴が開く。カソード配線の隙間でも光が通過する可能性があるが、その上のゲート配線がある部分ではゲート配線が遮光する。カソード配線とゲート配線との共通の隙間部分では光がフォトレジスト膜に到達する可能性があるがゲート絶縁膜が光吸収性に優れていたり反射特性にすぐれていたりすればこのような余分な部分が現像で穴の開くことは防げる。別の方法は表面からマスクを介して露光する方法である。いずれの方法でも図１０の形状にフォトレジスト膜を加工することができる。このマスクをＣＮＴ含有ペーストの噴霧マスクにしてエミッタホールにＣＮＴ含有ペーストを噴霧塗布する。フォトレジスト膜がひさし形状に残してあるので図１１に示すようにゲート配線に接触することがなく、電子源膜を形成できる。乾燥後に表面の毛羽立たせを行う。この乾燥工程ではＣＮＴ含有ペーストに僅かに付加してある粘着性有機物を枯化させる効果もある。図１２は粘着シートをエミッタホールに押し付けるようにして貼り付けた様子を描いている。シートとカソード基板の間に閉じ込められた空気がエアーダンパーとしてシートと電子源膜との接触を妨げないように十分に空気抜きをしながら貼り付け作業を行う。図１３は活性化した電子源表面の様子を描いている。尚、ＣＮＴ含有ペーストは導電性であるので中心部分にもカソード電位は伝えられる。
【００１１】本発明の実施例６を説明する。図１と同様であるが、ドーナッツ状領域の平坦なカソード表面が存在していなくてエミッタホール全体がすり鉢状になっている。この上に電子源膜が塗布される。その様子を図１４に示す。
【００１２】本発明の実施例７を示す。図１５に構造を描く。窪み領域に電子源膜が塗布されていない構造である。この図ではカソード配線も除去されていて窪み部分には導電性の電極がないが、この部分にも導電性を持たせる場合もある。
【００１３】本発明の実施例８を示す。図１６に示す。図１５と同様の構造であるが、窪み領域の底部には前記カソード配線ともゲート配線とも別の第３の電極を露出している。この第３の電極の電位を制御することでダイオードアクションの抑制とゲート−カソード配線の電圧制御を低電圧で行うことの両立を達成できた。
【００１４】
【発明の効果】本発明の電子放出装置は開口が比較的大きなエミッタホールにおいて、ダイオードアクションを防ぐことと低電圧なゲート−カソード間電圧で電子放出を制御することを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例２の第１の状態を示す構成図である。
【図３】本発明の実施例２の第２の状態を示す構成図である。
【図４】本発明の実施例３を示す構成図である。
【図５】本発明の実施例４を示す構成図である。
【図６】本発明の実施例５の第１工程を示す構成図である。
【図７】本発明の実施例５の第２工程を示す構成図である。
【図８】本発明の実施例５の第３工程を示す構成図である。
【図９】本発明の実施例５の第４工程を示す構成図である。
【図１０】本発明の実施例５の第５工程を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施例５の第６工程を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施例５の第７工程を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施例５の第８工程を示す構成図である。
【図１４】本発明の実施例６を示す構成図である。
【図１５】本発明の実施例７を示す構成図である。
【図１６】本発明の実施例８を示す構成図である。
【図１７】従来の構成を示す構成図である。
【図１８】従来の構造を示す構成図である。
【符号】１はガラス基板、２はカソード配線、３は窪み領域、４はドーナッツ状領域、５は電子源膜、６はゲート絶縁膜、７はゲート配線、８はカソードパネル、９は蛍光パネル、１０は蛍光体塗布面、１１はエミッタホール、１２はフォトレジスト膜である。
【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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【図１８】
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【図１７】
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