(57)【要約】【課題】  電子放出部材としてカーボンファイバーを用いた電子放出素子において、個々のカーボンファイバーに有効にゲート電極からの電圧を印加することができ、電子放出効率が高く、寄生容量が低減され、電子ビームの広がりの少ない構成を実現する。【解決手段】  基板１上に第１の電極２を形成し、該第１の電極２を覆って絶縁層３を形成し、さらに、一対の対向する部位を有する第２の電極４を形成し、該第２の電極４に一端が接続されたカーボンファイバー５を、絶縁層３表面に沿って配置する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上に配置された第１の電極と、
該第１の電極を覆って配置された絶縁層と、
該絶縁層上に配置され、第１の電極の少なくとも一部に重ならない第２の電極と、
該第２の電極に一方の端部が接続され、上記絶縁層の表面に沿って第１の電極上に配置された少なくとも１本以上のカーボンファイバーと、
を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
上記第２の電極が、少なくとも一対の対向する部位を有する請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
第２の電極が配置された領域の絶縁層の厚さが、該領域以外の領域の絶縁層の厚さよりも厚く、上記第２の電極から上記厚い絶縁層の側面及び第１の電極上の絶縁層表面に沿って配置された少なくとも１本のカーボンファイバーを有する請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
第１の電極と第２の電極とが絶縁層を介して重ならない請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項５】
第１の電極に、第２の電極に印加する電位よりも高い電位が印加される請求項１〜４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】
カーボンファイバーの直径が１μｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】
カーボンファイバーが、グラファイトナノファイバー或いはカーボンナノチューブである請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の電子放出素子を複数個と、該素子と離間して配置されたアノード電極と、電子照射により発光する発光部材とを有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出部材としてカーボンファイバーを用いた電子放出素子及び該電子放出素子を用いた画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電界放出型の電子放出素子のエミッター材料としてカーボンナノチューブ等のカーボンファイバーを用いたものが注目されている。カーボンファイバーを用いた電子放出素子の製造方法としては、特許文献１などに開示されているような、予め製造したカーボンファイバーをペースト材料等に含有して所定の位置に配置する方法（間接配置法）や、特許文献２などに開示されているような、基板上の所望の位置に金属触媒を配置した後、カーボンファイバーを化学気相成長法により触媒の配置された領域に選択的に成長させる方法（直接配置法）等が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４３７９２号公報
【特許文献２】特開２０００−５７９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電界放出型の電子放出素子を用いて画像表示装置を作製するにはＣＲＴのような高輝度に加え、消費電力の低減のため駆動電圧の低下、及び電子放出素子からの放出電子のうちアノード電極に到達する電子の割合を増大させる事が要求されている。また、画像表示装置にて動画を表示させる際には、その電子放出素子自体が持つ寄生容量を極力低減させなければならないという要求がある。さらに画像の精細度を決定する電子放出素子からの電子ビームが広がらない構成である必要がある。
【０００５】
カーボンファイバーを電子放出部材とし、このカーボンファイバーから電子を放出させるための電界を印加するためのゲート電極とを有する電子放出素子においては、個々のカーボンファイバーにどれだけ有効にゲート電極からの電圧（電界）を印加させる事ができるかが「駆動電圧」を決定する要素である。ゲート電極からの電圧が有効に印加される事で電子放出に必要な電圧（駆動電圧）を低くする事ができる。また、上記電子放出素子に対向するようアノード電極を配置した電子放出装置の場合には、カーボンファイバーに有効に電圧をかける際に、カーボンファイバーから放出された電子がゲート電極に到達する割合をできるだけ削減して、アノード電極に到達させる電子量を増やして効率のよい電極配置にする必要がある（ここでいう効率とは、電子放出部材であるファイバーから放出された電子のうちアノードに到達する電子量を、ファイバーから放出された全電子量で割ったものの事である）。
【０００６】
また上記のような条件に付け加えて、電子放出素子においては、素子に寄生する電気容量Ｃをできるだけ小さくする事が必要である。電子放出素子の寄生容量は、印加電圧の切り替え時に蓄積した電荷の放電が行われる事により、電子放出のＯＮ，ＯＦＦ応答性の低下に繋がり、寄生容量の大きい電子放出素子を画像表示装置等に用いた場合は画質の低下をもたらす。
【０００７】
例えばカソード電極とゲート電極とを有する電子放出素子における寄生電気容量Ｃは、カソード電極（電子放出部も含む）とゲート電極の重なり部分の面積Ｓと、カソード電極（電子放出部も含む）とゲート電極間距離ｄ、及びカソード電極（電子放出部も含む）とゲート電極を電気的に分割している誘電体の誘電率εを用いて、Ｃ＝ε・ｓ／ｄで表される。
【０００８】
電気容量Ｃを小さくする手段としては、
（ａ）カソード電極（電子放出部も含む）とゲート電極の重なり部分の面積ｓを小さくする、
（ｂ）カソード電極（電子放出部も含む）とゲート電極の距離ｄを小さくする、
（ｃ）誘電体の誘電率εを小さくする、
という方法が挙げられる。
【０００９】
しかしながら、上記（ｂ）はｄが大きくなれば同じ電圧を印加した場合に電子放出部にかかる電界が弱まる事となり電子放出素子の駆動電圧を増大させる事となる。そこで駆動電圧が増大する事を避け、寄生容量Ｃを低下させる有効な方法として、（ａ）のカソード電極（電子放出部も含む）とゲート電極の重なり部分の面積ｓを小さくする事が望ましい。
【００１０】
上述した条件に加え、さらに電子放出素子を画像表示装置等に用いる場合は、放出された電子ビームの広がりにより画素の大きさが決定される。当然ながら画素が大きくなれば構成される画像の精細度が制限されてしまうといった問題がある。
【００１１】
しかしながら、個々のカーボンファイバーに有効にゲート電圧を印加するため、或いは、駆動電圧低下のため電子放出部とゲート電極間に強電界を発生させるために、電子放出部とゲート電極の距離ｄを狭めたりすると、その分ゲート電極に入射する電子量が増える事となり電子放出素子としての効率が低下する傾向にあった。またこのような構成にすると、ゲート電極とカソード電極（電子放出部も含む）間に寄生容量が発生しやすい構成であった。また、ゲート電極により引き出された電子ビームが、ゲート電極とカソード電極との間で形成される電位分布により広がる構成であった。
【００１２】
本発明は、個々のカーボンファイバーに有効にゲート電極からの電圧を印加する事ができ、且つ効率が高く、寄生容量も極力低減され、さらに電子ビームの広がりの少ない構成の電子放出素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第一は、基板表面上に配置された第１の電極と、
該第１の電極を覆って配置された絶縁層と、
該絶縁層上に配置され、第１の電極の少なくとも一部が重ならない第２の電極と、
該第２の電極に一方の端部が接続され、上記絶縁層の表面に沿って第１の電極上に配置された少なくとも１本以上のカーボンファイバーと、
を有することを特徴とする電子放出素子である。
【００１４】
上記本発明においては、下記の構成を好ましい形態として含む。
上記第２の電極が、少なくとも一対の対向する部位を有する。
第２の電極が配置された領域の絶縁層の厚さが、該領域以外の領域の絶縁層の厚さよりも厚く、上記第２の電極から上記厚い絶縁層の側面及び第１の電極上の絶縁層表面に沿って配置された少なくとも１本のカーボンファイバーを有する。
第１の電極と第２の電極とが絶縁層を介して重ならない。
第１の電極に、第２の電極に印加する電位よりも高い電位が印加される。
カーボンファイバーの直径が１μｍ以下である。
カーボンファイバーが、グラファイトナノファイバー或いはカーボンナノチューブである。
【００１５】
また、本発明の第二は、上記本発明第一の電子放出素子を複数個と、該素子と離間して配置されたアノード電極と、電子照射により発光する発光部材とを有することを特徴とする画像表示装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電子放出素子によれば、個々のカーボンファイバーに有効にゲート電極（第１の電極）からの電圧を印加する事ができ、低駆動電圧で効率が高く、寄生容量も極力低減され、さらに電子ビームの広がりが少ないという性能が実現される。また、本発明の画像表示装置においては、本発明の電子放出素子を用いて構成されることから、より高性能な画像表示装置例えば、カラーフラットテレビが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、本発明の電子放出素子及び画像表示装置の実施形態を例示的に説明する。但し、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１８】
本発明の電子放出素子について図１を用いて説明する。図１は、本発明の電子放出素子の好ましい第１の実施形態を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、図中、１は基板、２は第１の電極、３は絶縁層、４は第２の電極、５はカーボンファイバーである。
【００１９】
図１に示すように本発明の電子放出素子の特徴は、基板１表面上に配置された第１の電極２と、該第１の電極２を覆って配置された絶縁層３と、該絶縁層３上に配置され、該絶縁層３を介して第１の電極２の少なくとも一部に重ならない第２の電極４と、該第２の電極４に一端を接続され、絶縁層３表面に沿って第１の電極２上に配置された少なくとも１本以上のカーボンファイバー５とで構成される。尚、本発明における「絶縁層３表面に沿う」とは、必ずしも、カーボンファイバーの長手方向が絶縁層表面と平行であることに限定されるものではない。本発明における「絶縁層３表面に沿う」とは、例えば、絶縁層３表面に対し０度以上９０度未満の傾きでカーボンファイバーが配置されている形態をも含むものである。このため、本発明においては、カーボンファイバー５の少なくとも一方の端部が第２の電極４に接続しており、カーボンファイバーの少なくとも一部分の直下に、絶縁層３の表面の一部が存在しており（カーボンファイバーの少なくとも一部分の直下に第２の電極４が存在しない配置関係であり）、且つ、カーボンファイバーの少なくとも一部分の直下に位置する絶縁層３の、さらにその下に、前記第１の電極２の少なくとも一部が存在している形態が必須の構成である。
【００２０】
図１の実施形態においては、第２の電極４が一対の対向する部位を有しており、各部位にカーボンファイバー５の端部がそれぞれ接続されている。また、第１の電極２と第２の電極４とが絶縁層３を介して重ならない。本発明においては、図１に示すように、第１の電極２と第２の電極４とが重ならないことにより、寄生容量の低減効果が得られるため好ましい。また、第２の電極４が、少なくとも一対の対向する部位を有することにより、放出される電子ビームの収束効果が得られるため、好ましい。
【００２１】
尚、図１においては、カーボンファイバー５の端部がそれぞれ第２の電極４に接続された状態を示したが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、カーボンファイバー５の一端が第２電極４に接続されていれば、電子放出に寄与することができる。
【００２２】
上記構成において、第１の電極２に、第２の電極４に対して正の電圧Ｖを印加すると、カーボンファイバー５と第１の電極２の間の距離と、カーボンファイバー５の形状により決まる形状因子とに依存した電界が、カーボンファイバー５に印加される。ここでカーボンファイバー５と第１の電極２の間の距離を小さくすると、電圧Ｖが比較的低い値にて、カーボンファイバー５から電子放出を行わせるのに必要な電界強度である１０6〜１０7Ｖ／ｃｍ程度にする事ができる。この電子放出に必要な電界強度を得るための電圧Ｖが電子放出素子の駆動電圧である。
【００２３】
本発明において、電圧Ｖ（駆動電圧）を低い値にできるのは、カーボンファイバー５と第１の電極２の間の距離が、おおよそ絶縁層３の膜厚ｄにより制御できる事により、距離ｄをサブミクロンオーダーにする事が可能であるのと、カーボンファイバー５と、第１電極２の間には、絶縁層３しか存在しないため、カーボンファイバー５に直接的にしかも近距離から電圧Ｖを印加する事ができるためである。尚、図１においては、絶縁層３の表面が平坦に記載されているが、第１の電極２上の絶縁層３の厚さと第１の電極２に重ならない絶縁層３の厚さｄは実質的に同一とみなすことができる。
【００２４】
そして放出された電子は、絶縁層３が存在するために、第１の電極２に入射してしまう軌道は存在せず、電子放出素子の上方に離れて配置されたアノード（不図示）へと向うこととなり、良好な電子放出効率を得られる。このような原理で本発明の電子放出素子は低電圧駆動が実現できると共に良好な電子放出効率を得ることができる。
【００２５】
次に本発明の電子放出素子の特徴として、電子放出部（本発明ではカーボンファイバー５と第１の電極２が最近接している部分を指す）の電気容量Ｃの低減効果について説明する。
【００２６】
前述したように一般に電気容量はＣ＝ε・ｓ／ｄで表される。〔ここでｓ：カソード電極とゲート電極の重なり部分の面積。ｄ：カソード電極とゲート電極の距離。尚、本発明においてはカソード電極はカーボンファイバー５に相当し、ゲート電極は第１の電極２に相当する〕
【００２７】
電子放出素子として駆動電圧を低下させるためにｄを小さくする事が有効であるという条件を考えると、いかにｓの値を小さくできるかが重要である。本発明では電子放出部においては膜状のカソード電極が存在しないため、第１の電極２との重なり部分は、カーボンファイバーの５の面積のみとなり、ｄを近接させながらにして電気容量Ｃを低減する事ができる。
【００２８】
さらに、本発明の電子放出素子は電子ビームの広がらない構成である。その原理は、カーボンファイバー５を隣接して多数配置する事により、第１の電極２面とカーボンファイバー５が配置された面にて略並行な電位分布が形成され、電子ビームの広がりを抑制するものである。
【００２９】
図２に、本発明の電子放出素子の第２の実施形態を示す。図２（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図であり、図中の６は絶縁層でもある保護層、１〜５は図１と同じ部材である。
【００３０】
図２の電子放出素子は、第１の電極２を覆う絶縁層が絶縁層３と保護層６からなり、第２の電極４が配置された領域の絶縁層の厚さｄ２がそれ以外の領域の絶縁層の厚さｄ１よりも厚く形成されている。尚、図２においては、保護層６の表面が平坦に記載されているが、第１の電極２上の保護層６の厚さは第１の電極２に重ならない領域の保護層６の厚さｄ１と実質的に同一とみなされる。また、カーボンファイバー５は一端が第２の電極４に接続され、絶縁層５の側面及び保護層６表面に沿って配置し、他端が保護層６を介して第１の電極２上に達している。
【００３１】
図２の構成では、電子放出部（本発明ではカーボンファイバー５と第１の電極２が最近接している部分を指す）よりも該電子放出部の上方に位置するアノード電極（不図示）に近い位置にカソード電極として第２の電極４を配置することで、第２の電極４が形成する電位面とカーボンファイバー５が形成する電位面がレンズ効果を生み出し、電子ビームを収束させる事もできる。電子ビームの収束度は必要に応じて、カーボンファイバー５を配置した面に対して、第２の電極４面を形成する位置にて選択する事ができる。
【００３２】
図２の実施形態においては、第１の電極２と第２の電極４とが保護層６及び絶縁層３を介して重なっていないが、図３に示すように、両電極が重なる構成を取ることもできる。
【００３３】
また、図２、図３の実施形態においては、第２の電極４が一対の対向する部位を有する形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、このように、第２の電極４が、少なくとも一対の対向する部位を有することにより、放出される電子ビームの収束効果が得られるため、好ましい。
【００３４】
本発明の電子放出素子においては、カーボンファイバー５の側面（ファイバー５の長手方向の表面）に電圧が有効にかかるようになっているため、グラファイトナノファイバーと呼ばれるファイバーの長手方向にグラフェンが積層された材料が好ましい。
【００３５】
以上のような原理により、本発明の電子放出素子によれば、個々のカーボンナノファイバーに有効にゲート電極（第１の電極２）からの電圧を印加する事ができ、低駆動電圧、且つ効率が高く、寄生容量も極力低減され、さらに電子ビームの広がりの少ないという性能が実現される。
【００３６】
次に、本発明の電子放出素子の製造方法について説明する。図４は、図１に示した電子放出素子の製造工程を示す断面模式図である。
【００３７】
（工程１）
基板１上に、第１の電極２を形成する〔図４（ａ）〕。基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させＫなどに一部置換したガラス、青板ガラス或いはシリコン基板等にＳｉＯ2を積層した積層体、アルミナ等のセラミックス等の絶縁性基板を用いることができる。
【００３８】
第１の電極２は導電性を有しており、印刷法や、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。第１の電極２の材料は、例えば、炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭化物、金属のホウ化物、半導体、半導体の金属化合物から適宜選択される。電極２の厚さとしては、数十ｎｍ〜数μｍの範囲で設定される。好ましくは炭素、金属、金属の窒化物、金属の炭化物の耐熱性材料が望ましい。
【００３９】
（工程２）
続いて絶縁層３を形成する〔図４（ｂ）〕。絶縁層３は、印刷法や、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。材料としてはＳｉＯ2や、ホウ素やリン等の物質が添加されたものや、アルミナなどの絶縁物から適宜選択される。絶縁層３の厚さは、数十ｎｍ〜数十μｍが好ましい。
【００４０】
（工程３）
次に、第２の電極４を形成する〔図４（ｃ）〕。第２の電極４には、上述した第１の電極２と同様の材料を用いることができる。また、好ましい厚さは数ｎｍ〜数μｍである。また、第２の電極２の対向する部位間の距離Ｗは数十ｎｍ〜数十μｍが好ましい。
【００４１】
（工程４）
次に、カーボンファイバー５を配置する〔図４（ｄ）〕。本発明におけるカーボンファイバーとは、「炭素を主成分とする柱状物質」或いは、「炭素を主成分とする線状物質」である。より具体的には、グラファイトファイバー、アモルファスカーボンファイバー、カーボンナノチューブ等である。本発明においては、カーボンファイバー５の側面に電圧が有効にかかるようになっているために、カーボンナノチューブや、グラファイトナノファイバーと呼ばれるファイバー側壁にグラファイト端が並んでいる材料が好ましく、特に好ましくはグラファイトナノファイバーである。
【００４２】
本発明にかかるカーボンファイバー５の形成方法としては、予めカーボンファイバー５を、有機ガスを用いたＣＶＤによる核成長を利用した針状結晶の成長や、ひげ結晶の成長等を利用したり、アーク放電法や、触媒ＣＶＤ法等一般的なカーボンファイバーの合成法を利用して作製後、精製したものを、第２の電極４上に配置する間接配置法と、第２の電極４上の所望の位置にカーボンファイバーの成長の核となる触媒を形成しておき、有機ガスを分解してカーボンファイバーを触媒成長させる直接配置法が用いられる。
【００４３】
図５に、図２に示した電子放出素子の、カーボンファイバーを直接配置法で形成する場合の製造工程を示す。
【００４４】
（工程１）
図４（ａ）の工程と同様にして、基板１上に第１の電極２を形成し、その上に保護層６を形成する。保護層６は、絶縁層としての機能と後工程のエッチングの際の保護層としての機能を備えており、材料としてはＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2や、ホウ素やリン等が添加されたものが好ましく用いられ、厚さは数ｎｍ〜数μｍが好ましい。
【００４５】
さらに、該保護層６上に、図４（ｂ）の工程と同様にして絶縁層３を形成する。本形態における絶縁層３の好ましい厚さは数十ｎｍ〜数十μｍである。
【００４６】
図４（ｃ）の工程と同様にして、第２の電極４を積層する〔図５（ａ）〕。
【００４７】
（工程２）
次いで、カーボンファイバー５成長の核となる、触媒微粒子７を配置する。触媒粒子７としては、Ｐｄ等の金属材料を適当な溶剤に分散させた溶液を第２の電極４上に塗布、乾燥して配置される〔図５（ｂ）〕。
【００４８】
（工程３）
触媒粒子７、第２の電極４、絶縁層３を部分的にエッチングして第１の電極２上の保護層６の一部を露出させる〔図５（ｃ）〕。露出した領域において、第２の電極４の対向する部位間の距離Ｗは数百ｎｍ〜数百μｍが好ましい。
【００４９】
（工程４）
次に、触媒粒子７を核としてカーボンファイバー５を成長させる。〔図５（ｄ）〕具体的には、基板１を外気から密閉されたチャンバー内に配置し、炭素含有ガスを導入してＣＶＤ法にて行う。
【００５０】
また、図３の電子放出素子の製造方法は、図５（ａ）の工程において、第１の電極２を広く形成し、図５（ｃ）の工程において、第１の電極２と第２の電極４とが重なるようにエッチングを行う以外、図２の電子放出素子の製造方法と同様である。
【００５１】
このようにして製造した本発明の電子放出素子を、図６に示すような真空装置１２内に設置する。尚、図６には図１の構成の電子放出素子を用いた例を示す。次いで、真空排気装置１１によって１０-5Ｐａ程度に到達するまで十分に排気し、基板１から数ｍｍの高さＨの位置にアノード電極８を設け、高電圧電源より数ｋＶからなる高電圧Ｖａを印加する。アノード電極８には導電性フィルムを被覆した蛍光体９が設置されている。
【００５２】
上記構成において、素子に駆動電圧Ｖｆ＝数十Ｖ程度からなるパルス電圧を印加して流れる素子電流（電子放出素子の第２の電極４と第１の電極２間に流れる電流）Ｉｆと電子放出電流（電子放出素子の第２の電極４とアノード電極８間に流れる電流）とＩｅを計測すると、放出電流Ｉｅに対して素子電流Ｉｆは小さく、良好な電子放出効率が得られる。
【００５３】
また、この時、本発明の電子放出素子とアノード電極８が形成する等電位面は図中の１０で示す破線のように略平行になり、電子ビームの広がりが抑制される。さらに、図１、図２の実施形態では、第１の電極２と第２の電極４との重なり部分がなくカーボンファイバーのみが交差しているため、また、図３の実施形態では、第１の電極２と第２の電極４との重なり部分はカーボンファイバーの他に電子放出部以外にて絶縁層が十分厚い領域のみとなるため、寄生容量が低減される。
【００５４】
本発明の電子放出素子の駆動電圧Ｖｆは、カーボンファイバー５と第１の電極２との距離と、カーボンファイバー５の形状と関係しており、駆動電圧を低くするには、カーボンファイバー５自体の表面状態が同様な場合は、カーボンファイバー５の直径が細いほど、形状効果による電界集中効果が現れるので望ましい。またカーボンファイバー５と第１の電極２との距離については小さいほど駆動電圧が低減される。これらの値は耐久性と素子容量との兼ね合いで適宜選択される。  よって、図６のような構成で、本発明により作製した電子放出素子を複数配列すれば、図８に示すような画像表示装置を作製できる。
【００５５】
電子放出素子の配列については、種々のものを採用することができる。一例として、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子を構成する第１の電極２或いは第２の電極４の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配された複数の電子放出素子を構成する第１の電極２或いは第２の電極４の他方を、Ｙ方向の配線に共通に接続するいわゆるマトリクス配置がある。
【００５６】
本発明の電子放出素子を複数配して得られるマトリクス配置の電子源について図７を用いて説明する。図７中、７１は電子源基体、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４は本発明の電子放出素子、７５は結線である。
【００５７】
図７においてｍ本のＸ方向配線７２はＤｘ1，Ｄｘ2，…Ｄｘmからなる。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。Ｙ方向配線７３はＤｙ1，Ｄｙ2…Ｄｙnのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは，共に正の整数）。
【００５８】
不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ2等で構成される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基体７１の全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００５９】
本発明の電子放出素子７４を構成する第１の電極２、第２の電極４（いずれも不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３と導電性金属等からなる結線７５によって電気的に接続されている。
【００６０】
Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３を構成する材料、結線を構成する材料及び第１の電極、第２の電極を構成する材料は、その構成元素の一部或いは全部が同一であっても、またそれぞれ異なってもよい。第１の電極２、第２の電極４を構成する材料と配線材料が同一である場合には、配線７２，７３はそれぞれ第１の電極配線、第２の電極配線と総称でいうこともできる。
【００６１】
Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した本発明の電子放出素子７４の行を選択するための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列した本発明の電子放出素子７４の各列を入力信号に応じて変調するための不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出素子７４に印加される駆動電圧は、当該素子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。
【００６２】
上記構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、個別の素子７４を選択し、独立に駆動可能とすることができる。このような単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像表示装置について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の画像表示装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【００６３】
図８において、７１は電子放出素子を複数配した電子源基体、８１は電子源基体７１を固定したリアプレート、８６はガラス基体８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートである。８２は、支持枠であり該支持枠８２には、リアプレート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例えば大気中或いは、窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。
【００６４】
外囲器８７は、上述の如く、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成される。リアプレート８１は主に基体７１の強度を補強する目的で設けられるため、基体７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることができる。即ち、基体７１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８６、支持枠８２及び基体７１で外囲器８７を構成しても良い。一方、フェースプレート７６、リアプレート７１間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器８７を構成することもできる。
【００６５】
次に、封着工程を施した外囲器（パネル）を封止する。
【００６６】
封止工程は、外囲器（パネル）８７を加熱しながら、排気装置により排気管（不図示）を通じて排気し、外囲器内部を排気した後、排気管を封じきることによって行われる。外囲器８７の封止後の圧力を維持するために、ゲッター処理を行うこともできる。ゲッターはＢａ等の蒸発型や、非蒸発型を用いることできる。また、ここでは、封着後に排気管を封止する方法を示したが、真空チャンバー中で封着工程を行えば、上記封止工程を封着工程後に別途設ける必要がなくなる。
【００６７】
以上の工程によって製造されたマトリクス配置の電子源を用いて構成した画像表示装置は、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ1〜Ｄｘm、Ｄｙ1〜Ｄｙnを介して電圧を印加することにより、所望の電子放出素子から電子を放出させることができる。また、高圧端子Ｈｖを介してメタルバック８５、或いは透明電極（不図示）に高電圧を印加して、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【００６８】
本発明による画像表示装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンターとしての画像表示装置等としても用いることができる。
【実施例１】
【００６９】
図１に示した構成の電子放出素子を図４の工程に従って作製した。
【００７０】
（工程１）
基板１に石英基板を用い十分洗浄を行った後、フォトリソグラフィーとスパッタ法により第１の電極２として、厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ５０ｎｍのＰｔ及び５ｎｍのＴｉを連続的に形成した〔図４（ａ）〕。
【００７１】
（工程２）
続いて絶縁層３として、フォトリソグラフィーとスパッタ法により、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2を積層した〔図４（ｂ）〕。
【００７２】
（工程３）
次に、第２の電極４として、フォトリソグラフィーとスパッタ法により、厚さ１００ｎｍのＴｉＣからなる電極を形成した〔図４（ｃ）〕。この時、図１のように第１の電極２と、第２の電極４の重なり部分ができないようにした。また、第２の電極の対向する部位間の距離Ｗは５μｍとした。
【００７３】
（工程４）
次に、カーボンファイバーとして、複数のカーボンナノチューブを有機溶剤に分散し、工程３の第２電極４及び露出した絶縁層３上に塗布し、Ｎ2雰囲気で５００℃に加熱して乾燥させた〔図４（ｄ）〕。
【００７４】
本実施例で作製した電子放出素子を、図６に示す真空装置１２に設置し、真空排気装置１１によって１０-5Ｐａ程度に到達するまで十分に排気した後、基板から２ｍｍの高さの位置にアノード電極８を設け、８ｋボルトからなる高電圧Ｖａを印加した。尚、アノード電極８には導電性フィルムを被覆した蛍光体９が設置されている。素子には駆動電圧Ｖｆとして４０Ｖ程度からなるパルス電圧を印加して流れる素子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。
【００７５】
その結果、放出電流Ｉｅに対して素子電流Ｉｆは小さく、電子放出効率がよかった。また、この時、電子ビームの広がりが少なく、それに応じた蛍光体の発光が見られた。さらに、本実施例の電子放出素子では第１の電極２と第２の電極４との重なり部分がなくカーボンファイバー５のみが交差している形となり寄生容量が低減された。
【実施例２】
【００７６】
実施例２として、図２に示す構成の電子放出素子を図４に示す工程に従って作製した。
【００７７】
（工程１）
実施例１の工程１と同様にして、石英基板上に、厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ５０ｎｍのＰｔ及び５ｎｍのＴｉからなる第１の電極２を形成した後、後述するエッチング工程の保護層６として厚さ１００ｎｍのＡｌ2Ｏ3、絶縁層３として厚さ１μｍのＳｉＯ2、第２の電極４として厚さ１００ｎｍのＴｉＮをスパッタ法により連続的に積層した〔図５（ａ）〕。
【００７８】
（工程２）
続いて、カーボンファイバー成長の核となる、触媒微粒子７としてＰｄを有機溶剤に分散させた溶液を塗布後、乾燥し、触媒微粒子７を第２の電極４上に配置した〔図５（ｂ）〕。
【００７９】
（工程３）
フォトリソグラフィーとリアクティブドライエッチング法により、触媒微粒子７をＡｒプラズマにて、続いて第２の電極４及び絶縁層３をＣＦ4とＨ2の混合プラズマにてドライエッチングし、保護層６を部分的に露出させた〔図５（ｃ）〕。露出させた領域における、第２の電極４の対向する部位間の距離Ｗは１０μｍとした。この条件下では保護層６のＡｌ2Ｏ3はエッチングが進行しないため保護層６にてエッチングを停止させる事ができる。この時、図２のように第１の電極２と、第２の電極４の重なり部分ができないようにした。
【００８０】
（工程４）
次に、基板１を外気から密閉されたチャンバー内に配置し、エチレン気流中で加熱し、ＣＶＤ法により、触媒微粒子７を核としてカーボンファイバー５を成長させた。この時、カーボンファイバー５は第２電極４上の微粒子を核として成長し、保護層６の表面を這うように成長した〔図５（ｄ）〕。
【００８１】
本実施例で作製した電子放出素子を、実施例１と同様に図６に示す真空装置１２に設置し、ＩｆとＩｅを計測した。その結果、実施例１と同様に放出電流Ｉｅに対して素子電流Ｉｆは小さく、電子放出効率がよかった。また、この時、電子ビームは収束されていた。また本実施例の電子放出素子でも第１の電極２と第２の電極４との重なり部分がなくカーボンファイバー５のみが交差している形となり寄生容量が低減された。
【実施例３】
【００８２】
第２の電極２を素子全面に形成する以外は、実施例２と同様にして、図３に示す構成の電子放出素子を作製した。
【００８３】
本実施例の素子を、実施例２と同様な真空容器内にて電圧を印加すると、実施例２と同様なレンズ効果により収束された電子ビームが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の電子放出素子の構成を示す概要図である。
【図２】本発明の第２の電子放出素子の構成を示す概要図である。
【図３】本発明の第３の電子放出素子の構成を示す概要図である。
【図４】図１の電子放出素子の製造工程図である。
【図５】図２の電子放出素子の製造工程図である。
【図６】本発明の電子放出素子を動作させる時の構成例を示す図である。
【図７】本発明の電子放出素子を複数個用いて構成した単純マトリクス回路の電子源の平面模式図である。
【図８】本発明の電子放出素子を用いて構成した画像表示装置の表示パネルの構成例を示す概要図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  基板
２  第１の電極
３  絶縁層
４  第２の電極
５  カーボンファイバー
６  保護層
７  触媒微粒子
８  アノード電極
９  蛍光体
１０  等電位面
１１  真空排気系
１２  真空容器
７１  電子源基体
７２  Ｘ方向配線
７３  Ｙ方向配線
７４  電子放出素子
８１  リアプレート
８２  支持枠
８３  ガラス基体
８４  蛍光膜
８５  メタルバック
８６  フェースプレート
８７  外囲器
【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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