(57)【要約】【課題】本発明は、電界放出型電子放出素子を用いた電子放出素子及び電界放出型表示装置に関し、電子の放出方向を所望の方向に制御して均一な電子放出特性を得ることができ、低電圧での駆動が可能、かつ容易に製造することを目的とする。【解決手段】基板３２上にカソード電極３３を形成し、カソード電極３３上に第１の開口部４７Ａを設けた絶縁層３４と、第２の開口部４７Ｂを設けたゲート電極３５とを形成し、第１の開口部４７Ａに露出されたカソード電極３３上に支持体３６と、上面３７Ａが平坦な電子放出層３７とを形成し、かつ基板３２に対して垂直方向の絶縁膜３４の深さＨＩと、最小の第２の開口部４７Ｂの開口径である最小開口径ＲＳとの関係が、２ＨＩ＜ＲＳ＜４．５ＨＩを満たすように電界放出型電子放出素子を構成する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１の電極と、
該第１の電極上に形成され、該第１の電極を露出する第１の開口部を有した絶縁層と、
該絶縁層上に形成され、前記第１の電極を露出する第２の開口部を有した第２の電極と、
前記第１の開口部に露出された前記第１の電極上に形成された支持体と、
該支持体上に形成された電子放出層とを備えた電子放出素子において、
前記基板に対して垂直方向の前記絶縁膜の深さＨＩと、最小の前記第２の開口部の開口径である最小開口径ＲＳとの関係が、２ＨＩ＜ＲＳ＜４．５ＨＩであり、
前記電子放出層の上面から電子が放出されることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記支持体の上面の形状は、平坦又は上に凸な曲面形状であ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】
前記電子放出層の上面は、平坦又は上に凸な曲面形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記電子放出層は、前記支持体の上面にのみ形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記電子放出層は、炭素系材料を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記第２の開口部の形状は、略円形又は楕円形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項７】
第３の電極と、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子放出素子と、
前記第３の電極に形成され、前記電子放出素子に形成された電子放出層から離間し、かつ前記電子放出層の上面と対向する位置に設けられた蛍光体とを有したことを特徴とする電界放出型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子放出素子及び電界放出型表示装置に係り、特に電界放出型電子放出素子を用いた電子放出素子及び電界放出型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷陰極電子放出素子には、電界放出型電子放出素子、ＭＩＭ型電子放出素子、面伝導型電子放出素子等がある。このような電子放出素子をディスプレイ等の電界放出型表示装置に適用して高精細化を得るためには、蛍光体に照射される電子ビーム径が小さく、かつ電子放出特性が均一であることが必要である。また、低電圧で駆動でき、製造し易いことも重要である。電界放出型電子放出素子は、ＭＩＭ型電子放出素子と比較して低消費電力化に適しているが、電子を蛍光体に照射した際の電子ビーム径が大きくなり易い。また、均一に電子放出素子を製造することが困難であるため、電子放出素子間での電子放出特性を均一にすることが難しい。
【０００３】
図１乃至２は、従来の電界放出型電子放出素子の概略を示した断面図である。図１に示した電界放出型電子放出素子１０は、基板１１上にカソード電極１２と、絶縁層１３と、ゲート電極１４とを順次形成し、絶縁層１３とゲート電極１４とをそれぞれ貫通する開口部１６を形成し、カソード電極１２上に上面が平坦な電子放出層１５を形成した素子である。このように、電子放出層１５の上面を平坦にすることにより、電子放出層１５の上面近傍に均一な電界を形成して、均一な電子放出特性を得ることができる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図２に示した電界放出型電子放出素子１７は、基板１８上に形成されたカソード電極１９を露出する開口部２６を絶縁層２０及びゲート電極２１に形成し、カソード電極１９上に導電性支持層２３を形成して、導電性支持層２３上に配設された極細繊維状物質２４とゲート電極２１との間の距離が略等しくなるように構成されている。このように極細繊維状物質２４とゲート電極２１との間の距離が略等しくなるように構成することで、極細繊維状物質２４上の電界を均一にすることができる。この電界放出型電子放出素子１７では、導電性支持層２３の側面部に電子放出部２５が形成されており、この電子放出部２５から電子が放出される（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−９６７０４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００３−５９３９２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電界放出型電子放出素子１０の場合には、電子放出層１５の表面に略均一な電界がかかることを想定しており、このように均一な電界がかかるためには、ゲート電極１４に形成された開口部の半径をゲート電極１４と電子放出層１５との間の距離よりも小さくしなければならない。ゲート電極１４の半径を、例えば１μｍに設計した場合、上記条件を満たすためにはゲート電極１４と電子放出層１５との間の距離を１μｍよりも大きくする必要がある。
【０００８】
このような１μｍという小さなゲート電極１４の開口部を介して、電子放出層１５を形成することは難しく、特にＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）やＧＮＦ（Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）等の炭素系材料をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成することは非常に困難である。
【０００９】
一方、上記炭素系材料を用いて容易に電子放出層１５を形成するために、ゲート電極１４の開口部を大きくした場合には、先に述べたようにゲート電極１４と電子放出層１５との間の距離をゲート電極１４の開口部よりも大きくする必要があるため、絶縁層１３を厚く形成しなければならない。しかし、絶縁層１３を厚く形成することは技術的に困難である。また、絶縁層１３を厚くした場合には、電子を放出する際に必要な駆動電圧が高くなるという問題があった。
【００１０】
さらに、ゲート電極１４の開口部を大きくし、かつゲート電極１４と電子放出層１５との間の距離を小さくした場合には、電子放出層１５のゲート電極１４に近い部分の電界が電子放出層１５の中心部の電界よりも大きくなり、電子放出層１５の縁の部分からのみ電子が放出される。この場合、放出される電子の量が制限されるばかりでなく、放出された電子はゲート電極１４に吸収されたり、電位により大きく曲げられたりすることにより蛍光体に到達する電子量が減少し、電界放出型電子放出素子１０を用いて高精細なディスプレイを製造することは困難である。
【００１１】
電界放出型電子放出素子１７の場合には、ゲート電極２１と電子放出部２５との間を略等距離にすることで電子放出部２５の表面近傍の電界を均一にしようとするものである。この場合には、電子をゲート電極２１の方向へ収束させることができるが、支持体２３の中央付近に形成された電子放出部２５の電界が強くなるため、均一な電子放出特性を得ることができないという問題があった。特に、ゲート電極２１と電子放出部２５との間の距離が短い場合には、電子は支持体２３の中央付近に形成された電子放出部２５の近傍で大きく曲げられるため、電子を垂直方向に収束させることができない。
【００１２】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、電子の放出方向を所望の方向に制御して、均一な電子放出特性を得ることができ、低電圧での駆動が可能、かつ容易に製造することのできる電子放出素子及び電界放出型表示装置提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１記載の発明では、基板上に形成された第１の電極と、該第１の電極上に形成され、該第１の電極を露出する第１の開口部を有した絶縁層と、該絶縁層上に形成され、前記第１の電極を露出する第２の開口部を有した第２の電極と、前記第１の開口部に露出された前記第１の電極上に形成された支持体と、該支持体上に形成された電子放出層とを備えた電子放出素子において、前記基板に対して垂直方向の前記絶縁膜の深さＨＩと、最小の前記第２の開口部の開口径である最小開口径ＲＳとの関係が、２ＨＩ＜ＲＳ＜４．５ＨＩであり、前記電子放出層の上面から電子が放出されることを特徴とする電子放出素子により、解決できる。
【００１５】
上記発明によれば、基板に対して垂直方向の絶縁膜の深さＨＩと、最小の第２の開口部の開口径である最小開口径ＲＳとの関係が、２ＨＩ＜ＲＳ＜４．５ＨＩとなるように構成することで、電子放出層の上面に均一な電界が形成されるため、均一な電子放出特性を得ることができる。また、従来の電子放出素子と比較して絶縁膜の深さＨＩが浅く、かつ最小開口径ＲＳを大きく形成するため、電子放出層を容易に形成することができる。さらに、絶縁膜の深さＨＩが浅くなることにより、第１の電極と第２の電極との距離を小さくすることができるため、駆動電圧を小さくすることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明では、前記支持体の上面の形状は、平坦又は上に凸な曲面形状であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子により、解決できる。
【００１７】
上記発明によれば、支持体の上面の形状を平坦又は上に凸な曲面形状とすることにより、支持体上に形成される電子放出層の上面の形状を容易に平坦又は上に凸な曲面形状に形成することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明では、前記電子放出層の上面は、平坦又は上に凸な曲面形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子により、解決できる。
【００１９】
上記発明によれば、電子放出層の上面を平坦又は上に凸な曲面形状とすることにより、電子放出層の上面に対して垂直な方向に電子を放出することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明では、前記電子放出層は、前記支持体の上面にのみ形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子放出素子により、解決できる。
【００２１】
上記発明によれば、支持体の上面にのみ電子放出層を形成することにより、電子を電子放出層の上面に対して垂直な方向にのみ放出することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明では、前記電子放出層は、炭素系材料を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子放出素子により、解決できる。
【００２３】
上記発明によれば、電子放出層として炭素系材料を用いることにより、低電圧で駆動して電子を放出することができる。
【００２４】
請求項６記載の発明では、前記第２の開口部の形状は、略円形又は楕円形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子放出素子により、解決できる。
【００２５】
上記発明によれば、第２の開口部の形状を略円形又は楕円形とすることにより、電子が収束し易くなる。また、電子放出層を容易に形成することができる。
【００２６】
請求項７記載の発明では、第３の電極と、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子放出素子と、前記第３の電極に形成され、前記電子放出素子に形成された電子放出層から離間し、かつ前記電子放出層の上面と対向する位置に設けられた蛍光体とを有したことを特徴とする電界放出型表示装置により、解決できる。
【００２７】
上記発明によれば、電子放出層の上面に対して垂直な方向に電子を均一に放出して、蛍光体を高精細に発光させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００２９】
始めに、図３を参照して、本発明の本実施例による電界放出型表示装置３０について説明する。図３は、本発明の本実施例による電界放出型表示装置の断面図を示したものである。電界放出型表示装置３０は、大略すると電界放出型電子放出素子３１と、スペーサ４１と、蛍光体４２と、アノード電極４３と、基板４４とにより構成されている。第３の電極であるアノード電極４３は、基板４４の下面に形成されており、アノード電極４３の下面には、蛍光体４２が形成されている。
【００３０】
電界放出型電子放出素子３１に設けられたゲート電極３５とアノード電極４３との間には、スペーサ４１が設けられており、このスペーサ４１を介してアノード電極４３は、電界放出型電子放出素子３１に支持されている。これにより、蛍光体４２は、後述する電子放出層３７から離間し、かつ電子放出層３７の上面３７Ａと対向する位置に配置されている。また、アノード電極４３と電界放出型電子放出素子３１との間には、空間Ａが形成されており、この空間Ａ内は真空状態に保たれている。
【００３１】
この電界放出型表示装置３０は、カソード電極３３を基準電位として、ゲート電極３５に電圧Ｖｇを印加し、アノード電極４３に電圧Ｖｇよりも高い電位の電圧Ｖａを印加して、電圧Ｖｇにより形成される電界が所定の閾値を超えた際、電子放出層３７の上面３７Ａから電子が放出される。図３に点線で示したＢは、等電位線（以下、等電位線Ｂ）を示している。等電位線Ｂは、後述する電子放出層３７の上面３７Ａの形状に略平行に形成されており、電子放出層３７の上面３７Ａから放出された電子は、電圧Ｖａが形成する電界により加速され、等電位線Ｂに垂直な方向に進行し、蛍光体４２に到達する。これにより蛍光体４２から可視光が放出され、蛍光体４２は発光する。
【００３２】
次に、図４乃至５を参照して、本実施例による電界放出型電子放出素子３１について説明する。図４は本発明の本実施例による電界放出型電子放出素子の平面図を示しており、図５は図４に示した電界放出型電子放出素子のＣ−Ｃ断面図である。なお、図４に示したＷ１は、第２の開口部４７Ｂの開口径（以下、開口径Ｗ１）を示している。また、図５に示したＨＩは、基板３２に対して垂直方向の絶縁膜３４の深さＨＩ（ＨＩ＝絶縁膜３４の膜厚）を示しており、Ｈｐはカソード電極３３と支持体３６との界面から電子放出層３７の上面３７Ａまでの高さ（以下、高さＨｐ）を示している。図５において、図４と同一構成部分に関しては同一の符号を付す。
【００３３】
図４に示すように、電界放出型電子放出素子３１は、基板３２上にカソード電極３３と、カソード電極３３を露出するように形成された第１の開口部４７Ａを有した絶縁膜３４と、第２の開口部４７Ｂを有したゲート電極３５とが順次形成されており、第１の開口部４７Ａが形成されたカソード電極３３上には、支持体３６と電子放出層３７とが順次形成された構成とされている。カソード電極３３は第１の電極であり、ゲート電極３５は第２の電極である。また、第１の開口部４７Ａと第２の開口部４７Ｂとは、共に円形状の開口部である。
【００３４】
このように、第１及び第２の開口部４７Ａ，４７Ｂを円形状とすることにより、電子放出層３７から垂直方向に放出される電子を収束させ易くすることができる。また、第２の開口部４７Ｂを介して形成される電子放出層３７を容易に形成することができる。
【００３５】
図６は、ゲート電極に楕円形の開口部を形成した電界放出型電子放出素子の平面図である。図６に示すように、ゲート電極３５に形成する第２の開口部５８を楕円形にしても良い。このように、第２の開口部４７Ｂの形状を楕円形とすることにより、第２の開口部４７Ｂを円形状に形成した場合と比較して、さらに容易に電子放出層３７を形成することができる。
【００３６】
支持体３６は、断面形状が台形の略円柱の形状であり、カソード電極３３と接する側の支持体３６の底面が、電子放出層３７と接する側の支持体３６の上面３６Ａよりも面積が大きくなるように構成されている。本実施例では、支持体３６の上面３６Ａは平坦な形状に形成されている。このように、支持体３６の上面３６Ａを平坦に形成することにより、支持体３６上に形成される電子放出層３７の上面３７Ａに支持体３６の上面３６Ａの平坦な形状を転写して、容易に電子放出層３７の上面３７Ａを平坦な形状に形成することができる。なお、支持体３６の上面の形状は、上に凸な曲面形状であっても良い。
【００３７】
電子放出層３７は、電子を放出するための層であり、支持体３６上に形成されている。カソード電極３２とゲート電極３５との間に印加される電圧Ｖｇが生成する電界が所定の閾値を越えた際、電子放出層３７の上面３７Ａから電子が放出される。また、電子放出層３７の上面３７Ａは、平坦に形成されている。このように、電子放出層３７の上面３７Ａの形状を平坦とすることにより、電子の放出方向を電子放出層３７の上面３７Ａに対して垂直な方向にすることができる。なお、電子放出層３７は、支持体３６と比較して非常に厚さの薄い層である。
【００３８】
図７は、支持体の上面の形状が上に凸な曲面形状のものを用いた電界放出型電子放出素子の断面図である。図７に示した電界放出型電子放出素子４９は、上面５１Ａの形状が上に凸な曲面形状の支持体５１を用いて、支持体５１上に上面５２Ａが上に凸な曲面形状を有した電子放出層５２を形成したものである。このように、電子放出層５２の上面５２Ａを上に凸な曲面形状に形成しても良く、電子放出層３７の上面３７Ａが平坦な場合と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
図８は、支持体の上面のみに電子放出層を形成した電界放出型電子放出素子の断面図である。図８に示した電界放出型電子放出素子５４は、支持体３６の平坦に形成された上面３６Ａのみに電子放出層５６を形成したものである。このように、支持体３６の上面３６Ａのみに電子放出層５６を形成することにより、電子放出層５６の上面５６Ａに対して垂直な方向にのみ電子を放出することができる。また、電子放出層３７，５２，５６の材料としては、炭素系材料を用いることができる。炭素系材料は、低電圧で電子を放出することができるので、電界放出型電子放出素子３１，４９，５４の駆動電圧を小さくすることができる。具体的な炭素系材料としては、例えばＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）やＧＮＦ（Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ）等を用いることができる。
【００４０】
次に、図４乃至５を参照して、電界放出型電子放出素子３１に形成された第２の開口部４７Ｂの最小開口径ＲＳと、基板３２に対して垂直方向の絶縁膜３４の深さＨＩとの関係について説明する。本実施例の電界放出型電子放出素子３１の場合は、第２の開口部４７Ｂは円形状であるため、最小の第２の開口部４７Ｂの開口径である最短開口径ＲＳは、開口径Ｗ１となる。
【００４１】
電界放出型電子放出素子３１では、最短開口径ＲＳである開口径Ｗ１と深さＨＩとの関係が、２ＨＩ＜Ｗ１＜４．５ＨＩとなるように構成されている。このように構成することで、電子放出層３７の上面３７Ａ近傍に均一な電界Ｂ（図１参照）を印加することができる。これにより、平坦な上面３７Ａを有する電子放出層３７は、電子放出層３７の上面３７Ａ近傍に形成された均一な電界Ｂに対して直交する方向（蛍光体４２に対して垂直な方向）に電子を放出することができ、均一な電子放出特性を得ることができる。
【００４２】
また、第２の開口部４７Ｂの開口径Ｗ１に対して深さＨＩが小さくなるように構成されているため、従来の電界放出型電子放出素子と比較してアスペクト比（＝ＨＩ／Ｗ１）を小さくすることができるので、電子放出層３７をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する際、容易に電子放出層３７を形成することができる。なお、図６に示した楕円形の第２の開口部５８を有した電界放出型電子放出素子５７では、最短開口径ＲＳが開口径Ｗ２であり、２ＨＩ＜Ｗ２＜４．５ＨＩを満たす構成に形成した場合、電界放出型電子放出素子３１と同様な効果を得ることができる。
【００４３】
次に、図９乃至１２を参照して、電界放出型電子放出素子３１の製造方法について説明を行う。図９乃至１２は、電界放出型電子放出素子３１の製造工程を示した図である。図９（Ａ）に示すように、予め十分に洗浄を行なって不純物を減少させた基板３２上に蒸着法を用いてＣｒ膜を１００ｎｍ成膜し、フォトエッチングを用いてカソード電極３３を形成する。カソード電極３３には、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ等を用いることができる。また、カソード電極３３は、スパッタ法を用いて成膜しても良い。
【００４４】
次に、図９（Ｂ）に示すように、カソード電極３３上に支持体３６の部材となるＮｉ膜３６Ｃを１．５μｍ形成し、Ｎｉ膜３６Ｃ上に支持体３６を形成するためのレジスト膜を塗布して、露光、現像を行い、マスクパターン６１を形成する。Ｎｉ膜３６Ｃの成膜は、蒸着法又はスパッタ法により行なった。なお、支持体３６を形成するための材料は、カソード電極３３に用いる材料とは異なるエッチングレートを有する材料を用いることが好ましい。
【００４５】
次に、図９（Ｃ）に示すように、マスクパターン６１をマスクとして、カソード電極３３に対するエッチング速度の遅い薬液を用いてウエットエッチングを行い、支持体３６を形成する。この際、支持体３６の上面３６Ａはマスクパターン６１により被覆されており、薬液によりエッチングされることが無いため、支持体３６の上面３６Ａは平坦な形状を保つことができる。続いて、図１０（Ａ）に示すように、マスクパターン６１は除去されて、上面３６Ａに平坦な形状を有した支持体３６が形成される。
【００４６】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、図１０（Ａ）に示した構造体上に触媒層であるＦｅ合金６３が２５ｎｍ成膜される。このＦｅ合金６３は、後にＣＶＤ法により電子放出層３７であるＧＮＦを形成するためのものである。その後、Ｆｅ合金６３上にレジスト膜を塗布し、露光、現像して、支持体３６上にＦｅ合金６３を形成する際に使用するマスクパターン６４を形成する。なお、電子放出層３７にＣＮＴを適用する場合には、触媒層としてＣｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ等あるいはこれらの合金を用いることができる。
【００４７】
次に、図１０（Ｃ）に示すように、マスクパターン６４をマスクとして、ドライエッチング法により支持体３６上にのみＦｅ合金６３を残す。Ｆｅ合金６３の形成には、ウエット法も適用できる。また、この工程は先にレジストマスクを形成した後にＦｅ合金６３を成膜するリフトオフ法を用いても良い。次に、図１１（Ａ）に示すように、図１０（Ｃ）に示した構造体上に絶縁膜３４であるＳｉＯ２膜を３μｍ（つまり、ＨＩ＝３μｍ）と、ゲート電極３５の部材となるＣｒ膜３５Ｃを１００ｎｍとを順次成膜する。その後、Ｃｒ膜３５Ｃ上に、レジスト膜を塗布し、現像、露光して、絶縁層３４に第１の開口部４７Ａと、Ｃｒ膜３５Ｃに第２の開口部４７Ｂとを形成する際、使用するマスクパターン６６を形成する。
【００４８】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、マスクパターン６６をマスクとして、絶縁層３４とＣｒ膜３５Ｃとに対してドライエッチングを行う。これにより、絶縁層３４には第１の開口部４７Ａが形成され、Ｃｒ膜３５Ｃには第２の開口部４７Ｂが形成される。この第２の開口部４７Ｂが形成されたＣｒ膜３５Ｃが、ゲート電極３５となる。また、第１及び第２の開口部４７Ａ，４７Ｂは共に、円形の開口部であり、第２の開口部４７Ｂの最短開口径ＲＳは１０μｍに形成した。なお、ウエットエッチングを用いて絶縁層３４及びＣｒ膜３５Ｃに第１及び第２の開口部４７Ａ，４７Ｂを形成しても良い。
【００４９】
次に、図１２（Ａ）に示すように、第１及び第２の開口部４７Ａ，４７Ｂを形成後にドライエッチングの終了後にマスクパターン６６の除去を行う。続いて、図１２（Ｂ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、触媒層であるＦｅ合金６３を化学的に反応させて、電子放出層３７であるＧＮＦを形成する。なお、電子放出層３７の形成方法は、「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｇａｔｅｄ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ａｒｒａｙｓ  ｗｉｔｈ  ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｉｎ  Ｔａｅｋ  Ｈａｎ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．１１，ｐｐ．２０７０−２０７２，（２００２）」，「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｔｒｉｏｄｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ  ＦＥＤ  ｂｙ  Ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ  Ｍｅｔｈｏｄ，Ｍ．Ｈｉｒａｋａｗａ，ＩＤＷ’０２  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｎｉｎｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ，ＦＥＤ４−２，ｐｐ１０６５−１０６８，（２００２）」等を適用することができる。
【００５０】
上記説明した製造工程により、電界放出型電子放出素子３１を製造することができる。なお、電界放出型電子放出素子４９，５４，５７についても電界放出型電子放出素子３１と同様な工程で製造することができる。なお、電界放出型表示装置３０を構成する電界放出型電子放出素子３１以外の構造体の製造方法については、周知の技術を用いて製造されるため、その説明は省略するものとする。
【００５１】
（電界放出型電子放出素子の評価結果）
次に、上記製造方法により作成した電界放出型電子放出素子３１を用いて、本発明者が行った支持体３６の高さを変化させた際の有効電子放出面積とゲート電極３５の最短開口径ＲＳとの関係の評価結果について説明する。ここで、有効電子放出面積とは、電界の強度が９５％〜１００％の範囲内である電子放出層３７の上面３７Ａの面積のことである。また、有効電子放出面積率（％）とは、電子放出層３７の上面３７Ａに対する有効電子放出面積の割合のことである。この面積が３０％以上であれば、蛍光体４２を発光させるために十分な電子を電子放出層３７の上面３７Ａから放出することができ、電界放出型電子放出素子３１は電子を放出する素子として機能することができる。
【００５２】
図１３は、支持体の高さを変化させた時の有効電子放出面積とゲート電極３５の最短開口径ＲＳとの関係を示した図である。なお、図１３の横軸に示した最短開口径ＲＳの値は、図５に示した高さＨＩ（絶縁膜３４の膜厚）＝１とした場合の比率で示している。また、図１３中に示した曲線Ｄは、支持体３６の高さが０の場合（支持体３６を形成しない場合）の評価結果を示しており、曲線Ｅは図５に示した高さＨｐ（支持体３６の膜厚と電子放出層３７の膜厚の合計の厚さ）が高さＨＩの１／３の大きさの場合の評価結果を示している。また、曲線Ｆは高さＨｐが高さＨＩの２／３の大きさの場合の評価結果を示しており、曲線Ｇは高さＨｐが高さＨＩと略等しい場合の評価結果を示しており、点線で示したＨは、有効電子放出面積が３０％の位置を示している。
【００５３】
図１３に示すように、ＲＳ≦２の場合には、支持体３６を形成した電界放出型電子放出素子３１よりも従来の支持体３６を形成しない電界放出型電子放出素子１０の方が、有効電子放出面積が大きく、電子放出特性が良いことが分かる。しかし、この場合は、先に述べたように、絶縁層１３の膜厚が厚くなるために駆動電圧が高くなるという問題や、ゲート電極１４の最短開口径ＲＳが小さいことによる電子放出層１５の製造が困難になるという問題がある。
【００５４】
ＲＳ＞２の場合には、曲線Ｅ〜Ｇが曲線Ｄよりも有効電子放出面積が大きくなっており、有効電子放出面積が３０％を超える最短開口径ＲＳの大きさは、２＜ＲＳ＜４．５であることが分かる。このことから、先に説明したように２ＨＩ＜ＲＳ＜４．５ＨＩとなるように電界放出型電子放出素子３１を構成することにより、電子放出層３７の上面３７Ａに均一な電界Ｂを形成することができ、均一な電子放出特性を得ることができ、小さな駆動電圧で駆動でき、かつ電子放出層３７を容易に形成することができる。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、電子の放出方向を所望の方向に制御して、均一な電子放出特性を得ることができ、低電圧での駆動が可能、かつ容易に製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電界放出型電子放出素子断面図である。
【図２】別の従来の電界放出型電子放出素子の断面図である。
【図３】本発明の本実施例による電界放出型表示装置の断面図である。
【図４】本発明の本実施例による電界放出型電子放出素子の平面図である。
【図５】図４に示した電界放出型電子放出素子のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】ゲート電極に楕円形の開口部を形成した電界放出型電子放出素子の平面図である。
【図７】支持体の上面の形状が上に凸な曲面形状のものを用いた電界放出型電子放出素子の断面図である。
【図８】支持体の上面のみに電子放出層を形成した電界放出型電子放出素子の断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、電界放出型電子放出素子の製造方法を示した図（その１）である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、電界放出型電子放出素子の製造方法を示した図（その２）である。
【図１１】
（Ａ）〜（Ｂ）は、電界放出型電子放出素子の製造方法を示した図（その３）
である。
【図１２】
（Ａ）〜（Ｂ）は、電界放出型電子放出素子の製造方法を示した図（その４）
である。
【図１３】
支持体の高さを変化させた時の有効電子放出面積とゲート電極の最短開口径Ｒ
Ｓとの関係を示した図である。
【符号の説明】
１０、１７、３１、４９、５４、５７  電界放出型電子放出素子
１１、１８、３２、４４  基板
１２、１９、３３  カソード電極
１３、２０、３４  絶縁層
１４、２１、３５  ゲート電極
１５、３７、５２、５６、５９  電子放出層
１６、２６  開口部
２３  導電性支持層
２４  極細繊維状物質
２５  電子放出部
３０  電界放出型表示装置
３５Ｃ  Ｃｒ膜
３６、５１  支持体
３６Ａ、３７Ａ、５１Ａ、５２Ａ、５６Ａ  上面
３６Ｃ  Ｎｉ膜
４１  スペーサ
４２  蛍光体
４３  アノード電極
４７Ａ  第１の開口部
４７Ｂ、５８  第２の開口部
６１、６４、６６  マスクパターン
６３  Ｆｅ合金
Ａ  空間
Ｂ  等電位面
Ｄ〜Ｆ  曲線
Ｗ１、Ｗ２  開口径
ＨＩ、Ｈｐ  深さ
Ｒｓ  最短開口径
【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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