(57)【要約】【課題】この発明は、リーク電流を抑制できドライバの負担を軽減できる電子放出素子、電子放出装置、および表示装置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上に素子電極３１を形成し、その上に絶縁層３３を介してもう一方の素子電極３２を形成し、２つの素子電極３１、３２をつなぐ孔３４を形成し、この孔３４の内面に沿って略円筒形状の導電膜３５を形成し、通電フォーミングにより導電膜３５の略中間位置に電子放出部３６を形成して構成されている。導電膜３５を円筒形状としたため、通電フォーミングによって円環状の端部の無い電子放出部３６を形成することができ、リーク電流を抑制できる。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の導電膜と、
この筒状の導電膜の軸方向両端にそれぞれ接続して設けられた少なくとも一対の電極と、
上記筒状の導電膜の軸方向略中間位置に形成され、上記少なくとも一対の電極に与えられる電位差に応じた電子を放出する無端状の電子放出部と、
を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
上記筒状の導電膜、および少なくとも一対の電極を形成するための基板をさらに有し、
上記少なくとも一対の電極が、上記基板の厚さ方向に段差を有して少なくとも部分的に重ねて形成され、
上記筒状の導電膜が、上記少なくとも一対の電極が重なった段差部分に設けら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３】
上記筒状の導電膜は、上記少なくとも一対の電極をつなぐように上記基板に形成された孔の内面に沿って形成さ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】
上記少なくとも一対の電極は、それぞれ、上記筒状の導電膜の軸方向端部の全周に亘って接触するように設けら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】
請求項１乃至４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少なくとも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６】
請求項５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一対の電極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、および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に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷陰極は、熱陰極と比較して消費電力が少なく且つ高電流密度の電子放出が可能である等、多くの利点を有している。冷陰極の内、特に表面伝導型電子放出素子（以下、単に、電子放出素子と称する）は、構造が単純であることから、大面積に亘って多数個の素子を配列形成できる利点があり、この電子放出素子を表示装置に組み込んだ提案が数多くなされている。
【０００３】
例えば、この種の表示装置として、電子放出素子を多数配置した電子源と、この電子源からの電子線の照射により可視光を発光する蛍光体とを組み合わせた表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この文献に記載された電子放出素子は、基板と平行に絶縁層を介して一対の電極を設けた構造を有し、絶縁層の端部から電子を放出させることを特徴としている。
【０００４】
また、この他の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素子が知られている（例えば、特許文献２、３、４参照。）。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。
【０００５】
つまり、導電性薄膜は、有機金属溶液を真空蒸着法、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、スピンナー法等により形成された塗布膜をパターニングするか、或いはインクジェット法などで任意パターンに形成される。この導電性薄膜は、通電処理により、ナノメートルオーダのギャップを形成し、２分化される。そして、このギャップ部が電気的に高抵抗な状態の電子放出部となる。
【０００６】
しかし、温度分布や膜厚バラ付きのため、導電性薄膜の端部近辺で、電子放出部の端部に切れ残しが発生し、このつながった部分がリーク電流の経路となる問題があった。特に多数個の電子放出素子を組み込んだ表示装置では、リーク電流による消費電力の増加が著しく、多数の電子放出素子を駆動するドライバの容量が増加するといった問題があった。
【特許文献１】アメリカ特許第５０６６８８３号
【特許文献２】特開昭６４−３１３３２号公報
【特許文献３】特開平１−２８３７４９号公報
【特許文献４】特開平２−２５７５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、リーク電流を抑制できドライバの負担を軽減できる電子放出素子、電子放出装置、および表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の電子放出素子は、筒状の導電膜と、この筒状の導電膜の軸方向両端にそれぞれ接続して設けられた少なくとも一対の電極と、上記筒状の導電膜の軸方向略中間位置に形成され、上記少なくとも一対の電極に与えられる電位差に応じた電子を放出する無端状の電子放出部と、を有することを特徴としている。
【０００９】
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、外部から与えられる信号に応じて各電子放出素子の少なくとも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ことを特徴としている。
【００１０】
更に、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、を有することを特徴としている。
【００１１】
上記発明によると、少なくとも一対の電極をつなぐ導電膜を筒状にしたため、通電フォーミングによって導電膜に亀裂を形成した場合、端部の無い環状の電子放出部を形成できる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の電子放出素子、電子放出装置、および表示装置は、上記のような構成および作用を有しているので、電子放出部の切れ残しに起因したリーク電流を抑制できドライバの負担を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。  
図１には、この発明の実施の形態に係る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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態に係る電子放出素子１８について、図５および図６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。図６には、図５の電子放出素子１８を略中央で切断した断面図を示してある。尚、各図とも、説明を分かり易くするため、各層の寸法は、実際の寸法とは異なる比で図示してある。
【００３７】
電子放出素子１８は、リアプレート１０の内面に、一方の素子電極３１（電極膜）を形成し、素子電極３１の上に絶縁層３３を介して他方の素子電極３２を一方の素子電極３１に段差を有して部分的に重なるように形成し、２つの素子電極３１、３２が重なった段差部分で両者をつなぐように素子電極３２の上方から貫通した略円形の孔３４を形成し、この孔３４の内面に沿って一端が閉塞した筒状の導電膜３５を形成してこの導電膜３５により一対の素子電極３１、３２を電気的に導通させ、一対の素子電極３１、３２に電位差を与えて通電フォーミングを行なうことにより、筒状の導電膜３５の軸方向略中間位置で導電膜３５に無端状の電子放出部３６を形成して構成されている。
【００３８】
本実施の形態では、導電膜３５を略円筒状に形成し、電子放出部３６を略円環形状に形成した。また、素子電極３１、３２の厚さを約２０ｎｍに形成し、絶縁層３３の厚さを約４００ｎｍに形成し、導電膜３５を形成するための孔３４の直径を約３０μｍに形成し、導電膜３５の直径を約４０μｍに形成した。また、導電膜３５の軸方向両端がその全周に亘ってそれぞれ対応する素子電極３１、３２に接触するように、孔３４および導電膜３５の形状を設計した。
【００３９】
さらに、絶縁層３３には、下層の素子電極３１を電子放出素子１８の上面に露出するための矩形の孔３７が形成されている。この孔３７は、素子電極３１に接続する配線を通すために設けられ、或いは導電部材によってこの孔３７を埋めても良い。尚、本実施の形態では、後述するように、導電膜３５をインクジェット法などの印刷技術により形成するため、孔３４の内面は、孔３４の内面に沿って導電膜３５を筒状に形成可能な程度の濡れ性を有する表面状態にされている。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、絶縁層３３の材料としては、アルミナ等のセラミックスおよびＳｉＯ2などを用いることができる。また、絶縁層３３の厚さは、数〜数１００ｎｍ程度であることが望ましい。
【００４３】
導電膜３５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。
【００４４】
導電膜３５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。
【００４５】
電子放出部３６は、導電膜３５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３５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。本実施の形態では、円筒形状の導電膜３５の軸方向両端に電位差を与える通電フォーミングにより電子放出部３６を形成するようにしたため、導電膜３５の軸方向略中間位置で端部の無い環状の電子放出部３６を形成することができた。
【００４６】
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３５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３５には、炭素及び炭素化合物を有することもできる。
【００４７】
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。
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、長方形状の素子電極３１をリアプレート１０上に形成する。
【００４８】
次に、上記のように素子電極３１を形成したリアプレート１０上に、ＳｉＯ2を熱ＣＶＤにより蒸着して絶縁層３３を形成し、さらにその上に長方形状の素子電極３２を形成する。素子電極３２は、上述した素子電極３１と同様に、Ｐｔを成膜した後フォトリソグラフィー技術を用いて形成される。尚、上層の素子電極３２は、下層の素子電極３１に対して段差を介して部分的に重なるように形成される。
【００４９】
この後、ＩＢ（イオンビーム）およびＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）により、絶縁層３３および素子電極３２をパターニングし、導電膜３５を形成するための孔３４と素子電極３１に対する接点をとるための孔３７を形成する。
【００５０】
そして、少なくとも孔３４の内面に導電膜材料を含んだ溶液を塗布して、膜を形成する。このとき、例えば、インクジェット方式により導電膜材料を含んだ溶液を塗布し、膜が孔３４の内面に沿って略円環状に形成され且つ２つの素子電極３１、３２に全周に亘って接触するように膜を形成する。導電膜材料を含んだ溶液には、導電膜３５の材料（本実施の形態ではＰｄＯ）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する。
【００５１】
或いは、少なくとも孔３４の内面に導電膜材料を含んだ溶液を塗布した後、この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３５を形成しても良い。尚、この場合、膜の形成方法としては、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、導電膜３５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に電位差を与えて導電膜３５の軸方向両端に電位差を与え、導電膜３５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３５に、ジュール熱が発生し、導電膜３５の軸方向略中間位置に円環状の亀裂が生じ、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３５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、導電膜３５の軸方向略中間位置に円環状の電子放出部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、１９［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。また、活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉfと放出電流Ｉeを測定しながらなされる。
【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７および図８を参照して説明する。図７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８には評価結果の一例をグラフにして示してある。
【００６２】
図７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８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８から明らかな様に、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。図中矢印６１で示す曲線は、素子電圧Ｖｆと素子電流Ｉｆとの関係を示してあり、図中矢印６２で示す曲線は、素子電圧Ｖｆと放出電流Ｉｅとの関係を示してある。このような電界電子放出現象において、素子電圧Ｖｆは、電子を放出させることのできる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。尚、この場合、しきい値電圧以下の素子電圧Ｖｆを与えた場合の素子電流Ｉｆは、全てリーク電流と考えることができる。言い換えると、この素子電流Ｉｆをリーク電流と定義することができる。
【００６６】
また、上述したように、電界電子放出特性は、Fowler-Nordheimの関係に従うため、図９に矢印７１で示すような直線的な特性を示す。しかしながら、リーク電流が存在している場合には、図９に矢印７２で示すように電圧が比較的低い領域で特性を示すグラフの直線性が損なわれる。よって、ここでは、電子放出素子１８を駆動する電圧（通常、１６Ｖ）の３０％程度の電圧（５Ｖ）を素子電極３１、３２間に与えた場合の電流値を全てリーク電流とした。
【００６７】
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、表１に＜実施例特性＞として示すような結果が得られた。尚、比較のため、基板上に設けた略円形の導電膜に直線状の亀裂（電子放出部）を形成した従来構造の電子放出素子を用意し、この電子放出素子を上記特性評価装置４０にセットして特性を評価した結果を＜従来特性＞として併記してある。
【表１】
2005243436.tif 000003
【００６８】
これによると、素子電極３１、３２間に流れる素子電流Ｉｆに対する放出電流Ｉｅの比、すなわち電子の放出効率を表わすＩｅ／Ｉｆは、＜従来特性＞の０．２％に対して＜実施例特性＞では０．３％に増加しており、電子の放出効率が５０％も増加していることが分かる。言い換えると、本実施の形態によると、画像を表示する上で必要とされる放出電流Ｉｅを得るために、電子放出素子１８に与える素子電流Ｉｆを＜従来特性＞の７０％程度に減少させることができ、駆動電圧を低減することが可能となる。これは、アノード電極４４と電子放出素子１８との間の電界分布が変化したためと考えられる。
【００６９】
また、電子放出素子１８のリーク電流Ｉｆｈについて考察すると、素子電流Ｉｆに対するリーク電流Ｉｆｈの比が、＜従来特性＞では０．５％であったのに対し、＜実施例特性＞では０．１％に減少しており、リーク電流を従来の２０％程度に抑制できたことが分かる。つまり、本実施の形態の電子放出素子１８は、電子放出部３６を無端状にしたため、導電膜３５の切れ残しを生じることがなく、切れ残し部分がリーク電流の経路になることがなく、リーク電流を大幅に減少させることができた。
【００７０】
さらに、上述したように、本実施の形態の電子放出素子１８によると、必要な放出電流Ｉｅを得るための素子電流Ｉｆを従来と比較して７０％程度まで減少させることができたため、実質的には、リーク電流を従来の電子放出素子と比較して１３％程度まで減少させることができたことになる。
【００７１】
つまり、本実施の形態の電子放出素子１８によると、従来構造の電子放出素子と比較して、不所望なリーク電流を８７％も抑制できたことになり、電子放出装置（表示装置）の消費電力を大幅に削減できるのみならず、多数個の電子放出素子１８を駆動するためのドライバの負担をも低減できるようになった。
【００７２】
また、本発明によると、上述したリーク電流を抑制する効果とは別に、電子放出素子１８の電子放出効率を高めることができる。つまり、本発明の電子放出素子１８は、一対の素子電極３１、３２間のギャップ（すなわち電子放出部３６）を介して流れる素子電流Ｉｆの方向とアノード電極に向けて放出される電子の放出方向が略一致するため、電子の放出効率を高めることができる。
【００７３】
また、本発明によると、環状の導電膜３５としたため、電子放出部３６の全長を従来と比較して長くすることができ、電子放出特性を改善できる。言い換えると、従来の電子放出素子と比較して、基板上の同じ面積内により多くの素子を配置することができ、より高精細な表示装置を提供できる。
【００７４】
なお、この発明は、上述した実施の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、上述した実施の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、上述した実施の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良い。
【００７５】
例えば、上述した実施の形態では、電子放出素子１８の導電膜３５を円筒形状とした場合について説明したが、これに限らず、三角形や四角形など他の形状であっても良く、無端状の電子放出部３６を形成可能な筒状であれば良い。
【００７６】
また、上述した実施の形態では、一対の素子電極３１、３２をつなぐ導電膜３５を設けた場合について説明したが、これに限らず、複数対に分割した素子電極を筒状の導電膜３５の軸方向両端にそれぞれ接続するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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電子放出素子を示す平面図。
【図６】図５の電子放出素子の断面図。
【図７】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８】図７の評価装置による評価の一例を示すグラフ。
【図９】リーク電流の特性について説明するためのグラフ。
【符号の説明】
【００７８】
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…孔、
３５…導電膜、
３６…電子放出部、
４０…特性評価装置。
【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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