(57)【要約】【課題】  電子ビームの集束がより容易な新しい構造の電子放出素子及びこれを用いた電子放出表示装置を提供する。【解決手段】  基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、前記絶縁層の上部に形成されかつ前記第２電極に接続された第３電極と、を含んでなる。前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極によって電子が集束される。【選択図】  図２ａ
2005294262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、
前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、
前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、
前記絶縁層上に形成され、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、
前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極によって電子が集束されることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記第３電極は前記開口部を取り囲む構造で構成された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】
前記エミッタは、カーボンナノチューブと、
黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、またはこれらの組み合わせからなるナノチューブと、
Ｓｉ、ＳｉＣのナノワイヤからなることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記第１電極と前記第２電極は同一または異なる物質で構成された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】
前記開口部を介して露出した前記第１電極の電子エミッタ以外の部分は前記絶縁層で覆わ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６】
前記第３電極は前記絶縁層の内部のコンタクトホールを介して前記第２電極と接続され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７】
前記第２電極と第３電極との間に抵抗層がさらに含まれた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８】
基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、
前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第２電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、
前記開口部を介して露出し、前記第２電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、
前記絶縁上に形成され、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、
前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極によって電子が集束されることを特徴とする電子放出素子。
【請求項９】
前記第３電極は前記開口部を取り囲む構造で構成されたことを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記エミッタは、カーボンナノチューブと、
黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、またはこれらの組み合わせからなるナノチューブと、
Ｓｉ、ＳｉＣのナノワイヤからなることを特徴とする請求項８記載の電子放出素子。
【請求項１１】
前記第１電極と前記第２電極は同一または異なる物質で構成されたことを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子。
【請求項１２】
前記開口部を介して露出した前記第２電極の電子エミッタ以外の部分は前記絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子。
【請求項１３】
前記第３電極は前記絶縁層の内部のコンタクトホールを介して前記第２電極と接続されることを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子。
【請求項１４】
前記第２電極と第３電極との間に抵抗層がさらに含まれたことを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子。
【請求項１５】
第１基板と、
前記第１基板と一定の間隔をおいて相互対向して配置された第２基板と、
第１基板と第２基板を所定の間隔で支持する支持手段と、
前記第２基板上には蛍光膜とこれに接続されるアノード電極とを含むが、前記第１基板上には交差する形態でゲート配線とカソード配線が形成されて各単位画素を定義し、各単位画素は少なくとも一つの電子放出素子を備え、
前記電子放出素子は基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、
前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、
前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、
前記絶縁層の上部に形成され、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極によって電子が集束されることを特徴とする電子放出表示装置。
【請求項１６】
前記ゲート配線は第３電極と同じ物質からなり、前記カソード配線は第１電極とは別途に形成されて第１電極と接続されることを特徴とする請求項１５に記載の電子放出表示装置。
【請求項１７】
第１基板と、
前記第１基板に対して一定の間隔をおいて対向して配置された第２基板と、
第１基板と第２基板を所定の間隔で支持する支持手段と、
前記第２基板上には蛍光膜とこれに接続されるアノード電極とを含むが、
前記第１基板上には交差する形態でゲート配線とカソード配線が形成されて各単位画素を定義し、各単位画素は少なくとも一つの電子放出素子を備え、
前記電子放出素子は基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、
前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第２電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、
前記開口部を介して露出し、前記第２電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、
前記絶縁層上に形成され、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極によって電子が集束されることを特徴とする電子放出表示装置。
【請求項１８】
前記ゲート配線は第３電極と同じ物質からなり、カソード配線は第１電極とは別途に形成されて第１電極と接続されることを特徴とする請求項１７に記載の電子放出表示装置。
【請求項１９】
基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、
前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、
前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、
前記絶縁上に所定の間隔で離隔して形成され、前記第１電極に接続された第４電極、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、
前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極と前記第４電極によって電子が集束されることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２０】
前記第３電極と第４電極は前記開口部を取り囲む構造で構成されたことを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２１】
前記第３電極は「コ」の字状に前記開口部を取り囲む構造で構成されたことを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２２】
前記第３電極は「Ｌ」字状に前記開口部を取り囲み、前記第４電極は直線形状を有することを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２３】
前記エミッタは、カーボンナノチューブと、
黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、またはこれらの組み合わせからなるナノチューブと、
Ｓｉ、ＳｉＣのナノワイヤからなることを特徴とする請求項１９記載の電子放出素子。
【請求項２４】
前記第１電極と前記第２電極は同じ物質からなり、前記第３電極と前記第４電極は互いに異なる物質からなることを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２５】
前記開口部を介して露出した前記第１電極の電子エミッタ以外の部分は前記絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２６】
前記第３電極は前記絶縁層の内部の第１コンタクトホールを介して前記第２電極と接続され、前記第４電極は前記絶縁の内部の第２コンタクトホールを介して前記第１電極と接続されることを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２７】
前記第１電極と前記第３電極との間に抵抗層がさらに含まれたことを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２８】
前記第２電極と前記第４電極の間に抵抗層がさらに含まれたことを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２９】
第１基板と、
前記第１基板と一定の間隔を置いて相互対向して配置された第２基板と、
第１基板と第２基板を所定の間隔で支持する支持手段と、
前記第２基板上には蛍光膜とこれに接続されるアノード配線とを含むが、
前記第１基板上には、交差する形態でゲート配線とカソード配線が形成されて各単位画素を定義し、各単位画素は少なくとも１つの電子放出素子を備え、
前記電子放出素子は、基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、
前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、
前記絶縁層上に所定の間隔で離隔して形成され、前記第１電極に接続された第４電極と、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、
前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極と前記第４電極によって電子が集束されることを特徴とする電子放出表示装置。
【請求項３０】
前記ゲート配線は第３電極と同一平面上で形成された同一物質からなり、前記カソード配線は第１電極とは別途に形成されて第１電極と接続されることを特徴とする請求項２９に記載の電子放出表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子及びこれを用いた電子放出表示装置に関し、より具体的には放出電子の集束効果を向上させることが可能な電子放出素子及びこれを用いた電子放出表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子放出表示装置(Electron Emission Display Device)は、電子を放出させる電子放出部と、放出された電子を蛍光層に衝突させてこれを発光させることにより、映像が具現されるようにする画像部とから構成されている。電子放出表示装置は、電界放出表示装置を含む概念である。電界放出表示装置（ＦＥＤ;field emission display）は、カソード電極に設けられたエミッタから電子を放出させ、放出された電子をアノード電極に設けられた蛍光層と衝突させてこれを発光させることにより映像を具現する表示装置であって、カソード電極、ゲート電極及びアノード電極を備えた３極管構造が広く用いられている。
【０００３】
優れた電子放出表示装置を製造するための試みとして、十分な輝度と高精細が要求されている。十分な輝度を有する蛍光を放出するためには十分な放出電流が必要であり、高精細の表示装置を具現するためには蛍光体上に集束される電子ビームの直径が大きくなってはならない。したがって、電子放出素子から放出される電子ビームの直径を減少させるための方法が提案された。
【０００４】
提案された方法の一例として、カソード板とアノード板との間に電圧を印加することが可能なフォーカシング電極がさらに含まれる構造が特許文献１に開示されている。図１は従来の技術による電子放出表示装置の一部の概略構成図である。
【０００５】
図１を参照すれば、カソード板５０は、下部基板５２上にバッファ層５４が形成されており、その上にカソード電極５６が備えられ、カソード電極５６上にパターニングされたゲートホール６４内にマイクロチップ６０が備えられる。前記ゲートホール６４は、順次積層されたゲート絶縁層５８及びゲート電極６２をパターニングする。
【０００６】
そして、アノード板４８は、上部基板３２上に透明電極３４及び蛍光物質４４が順次積層された蛍光体４４を含む。ここで、蛍光体４４はマイクロチップ６０それぞれに対応するように備えられる。また、蛍光体４４に電源を印加する電源部（図示せず）が備えられる。
【０００７】
これにより、フォーカシング電極３８は、放出された電子を集束して、既に設定された蛍光体４４に正確に衝突せしめる。ところが、フォーカシング電極３８は、絶縁層３６及び電極層３４を順次積層してこれをパターニングするため工程数が増加し、製造工程による生産性が低下するという問題点があった。
【０００８】
また、このようなフォーカシング電極３８を使用しても、依然として電子ビームの集束が満足すべき程度に行われないという問題点があった。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，５０８，５８４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、電子ビームの集束がより容易な新しい構造の電子放出素子及びこれを用いた電子放出表示装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、製造工程が単純で、製造コストが低く、集束効果に優れた電子放出素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための技術的手段として、本発明の第１側面は、基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、前記絶縁層の上部に形成され、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極によって電子が集束される、電子放出素子を提供する。
【００１２】
好ましくは、第３電極は前記開口部を取り囲む構造で構成されてもよく、エミッタは、カーボンナノチューブと、黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、またはこれらの組み合わせからなるナノチューブと、Ｓｉ、ＳｉＣのナノワイヤからなってもよい。
【００１３】
さらに、好ましくは、開口部を介して露出した前記第１電極のうち、電子エミッタ以外の部分は前記絶縁層で覆われている。
【００１４】
さらに、好ましくは、第２電極と第３電極との間に抵抗層がさらに含まれる。
【００１５】
本発明の第２側面は、基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第２電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、前記開口部を介して露出し、前記第２電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、前記絶縁の上部に形成され、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極によって電子が集束される、電子放出素子を提供する。
【００１６】
さらに、好ましくは、開口部を介して露出した前記第２電極の電子エミッタ以外の部分は前記絶縁層で覆われている。
【００１７】
さらに、好ましくは、第２電極と第３電極との間に抵抗層がさらに含まれる。
【００１８】
本発明の第３側面は、基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、前記絶縁上に所定の間隔で離隔して形成され、前記第１電極に接続された第４電極と、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極と前記第４電極によって電子が集束される、電子放出素子を提供する。
【００１９】
さらに、好ましくは、第３電極と第４電極は前記開口部を取り囲む構造で構成されてもよく、エミッタは、カーボンナノチューブと、黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、またはこれらの組み合わせからなるナノチューブと、Ｓｉ、ＳｉＣのナノワイヤからなってもよい。
【００２０】
さらに、好ましくは、第１電極と前記第２電極は同じ物質からなり、前記第３電極と前記第４電極は互いに異なる物質からなる。
【００２１】
さらに、好ましくは、開口部を介して露出した前記第１電極の電子エミッタ以外の部分は前記絶縁層で覆われている。
【００２２】
本発明の第４側面は、第１基板と、前記第１基板に対して一定の間隔をおいて相互対向して配置された第２基板と、第１基板と第２基板を所定の間隔で支持する支持手段と、前記第２基板上には蛍光膜とこれに接続されるアノード電極とを含むが、前記第１基板上には交差する形態でゲート配線とカソード配線が形成されて各単位画素を定義し、各単位画素は少なくとも一つの電子放出素子を備え、前記電子放出素子は、基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、前記絶縁層の上部に形成され、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極によって電子が集束される、電子放出表示装置を提供する。
【００２３】
さらに、好ましくは、ゲート配線は第３電極と同一物質からなり、カソード配線は第１電極とは別途に形成されて第１電極と接続される。
【００２４】
本発明の第５側面は、第１基板と、前記第１基板に対して一定の間隔を置いて相互対向して配置された第２基板と、第１基板と第２基板を所定の間隔で支持される支持手段と、前記第２基板上には蛍光膜とこれに接続されるアノード配線とを含むが、前記第１基板上には、交差する形態でゲート配線とカソード配線が形成されて各単位画素を定義し、各単位画素は少なくとも１つの電子放出素子を備え、前記電子放出素子は、基板上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極及び第２電極と、前記全体構造上に形成され、前記第１電極と第２電極のうち少なくとも前記第１電極の一部を露出させる開口部を含む絶縁層と、前記開口部を介して露出し、前記第１電極の所定の領域上に形成された電子エミッタと、前記絶縁層上に所定の間隔で離隔して形成され、前記第１電極に接続された第４電極と、前記第２電極に接続された第３電極とを含んでなり、前記第１電極と前記第２電極に電圧差を印加して前記電子エミッタから電子が放出されるとき、前記第３電極と前記第４電極によって電子が集束される、電子放出表示装置を提供する。
【００２５】
さらに、好ましくは、ゲート配線は第３電極と同じ平面上で形成された同じ物質からなり、カソード配線は第１電極とは別途に形成されて第１電極と接続される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による電子放出素子は、工程の面から見て、比較的単純な構造によって電子ビームの集束を容易にすることが可能であって製造工程が単純で製造コストが低いという効果がある。
【００２７】
一方、本発明の電子放出素子と共に公知の集束手段（例えば、メッシュ構造）を活用する場合、電子ビームの集束効果を一層向上させることができるという効果がある。また、本発明は、追加的にメッシュ構造を採用するアノード電極の電圧をさらに高めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施し得る程度に詳細に説明するために、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
（電子放出素子）
次に、添付図面を参照して本発明の第１実施形態による電子放出素子を詳細に説明する。図２ａは本発明の第１実施形態による電子放出素子の概略図である。
【００３０】
図２ａを参照すれば、電子放出素子１０１は、基板１００上に互いに所定の距離で離隔して形成された第１電極１１０及び第２電極１１２と、第１電極１１０及び第２電極１１２上に形成され、開口部１１４を含む絶縁層１２０と、エミッタ１４０と、絶縁層１２０の上部に形成された第３電極１３０とを含む。第１電極１１０及び第２電極１１２それぞれの一部は、開口部１１４を介して共に露出し、露出した開口部１１４の内部にある第１電極１１０の所定の領域上にエミッタ１４０が形成される。一方、第１電極１１０と第２電極１１２は同一物質で共にまたは順次蒸着されて形成されてもよく、それぞれ異なる物質で蒸着されて形成されてもよい。一方、図２ａでは、開口部１１４が第１電極１１０と第２電極１１２の両方ともを露出させるものと示しているが、エミッタ１４０の形成された第１電極１１０のみを露出させることも可能である。
【００３１】
第３電極１３０は、絶縁層１２０の内部に形成されたコンタクトホールＣＨを介して第２電極１１２と電気的に接続される。したがって、第１電極１１０と第２電極１１２に電圧差を印加して電子エミッタ１４０から電子が放出されるとき、第３電極１３０にも第２電極１１２と同じ電圧が印加され、これにより電子が集束されうる。第３電極１３０の配置や形状などは互いに様々な方式で構成可能であり、好ましくは開口部１１４を取り囲む構造で構成して電子ビームの接続を効果的に行うことができる。
【００３２】
「取り囲む」とは、第３電極１３０を開口部１１４の外郭全体または少なくとも外郭の一部を覆う構造を意味するもので、例えば四角形構造の開口部を取り囲む構造では四角形の４面の中の少なくとも２面の外郭に電極が形成できるということを意味する。
【００３３】
基板１００は、特に限定されない様々な種類が可能であり、例えばガラス、またはＮａなどの不純物を減少させたガラスのような材質で構成することができ、上部にＳｉＯ２などの絶縁層を形成したシリコン基板、セラミック基板などを用いることができる。
【００３４】
第１電極１１０と第２電極１１２は同一層で形成することができ、一般的な蒸着技術を用いてＣｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属を例えば１０００〜１００００Åに形成することができ、必要に応じてＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＺｎＯなどの透明導電層を１０００〜２０００Åに形成することができる。好ましくは、透明導電層であり、この場合は製造工程時に後段工程で背面露光を用いてリソグラフィ工程を採用する必要がある場合に特に有用である。
【００３５】
絶縁層１２０はスクリーン印刷法、スパッタリング法、ＣＶＤ法または真空蒸着法などの一般的な絶縁層形成方法を用いて数ｎｍ〜数十μｍの範囲内で蒸着することができる。絶縁層１２０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘなどを用いることができる。第３電極１３０は、第１電極１１０及び第２電極１１２と同様に、一般的な蒸着技術を用いてＣｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属を例えば数μｍに形成することができる。
【００３６】
電子エミッタ１４０は、カーボン系物質、例えばカーボンナノチューブ、黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボンまたはこれらの組み合わせや、その他のナノチューブまたはＳｉ、ＳｉＣなどのナノワイヤからなってもよい。好ましくはカーボンナノチューブを用いることができる。
【００３７】
一方、第１電極１１０の一部のみを開口部１１４を介して露出させ、その上に電子エミッタ１４０を形成し、第２電極１１２は全て絶縁層上に覆われる構造で構成する場合、漏洩電流を防止することができるという効果がある。また、第１電極１１０の電子エミッタ１４０以外の他の領域は全て絶縁層１２０で覆われる構造を持つように構成することもできる。
【００３８】
図２ｂは図２ａの電子放出素子の変形例を示している。電子放出素子１０１は、基板１００上に、所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極１１０及び第２電極１１２と、前記第１電極１１０と第２電極１１２上に形成され、開口部１１４を含む絶縁層１２０と、エミッタ１４０と、絶縁層１２０の上部に形成された第３電極１３０とを含む。第１電極１１０と第２電極１１２それぞれの一部は開口部１１４を介して共に露出し、露出した開口部１１４の内部にある第２電極１１２の所定の領域上にエミッタ１４０が形成される。説明のために、図２ａの電子放出素子との相違点を基準として説明すれば、図２ｂの電子放出素子１０１ではエミッタ１４０が第２電極１１２に接続されて形成されている。
【００３９】
図２ｃでは本発明の第１実施形態の他の変形例を示している。電子放出素子１０１は、基板１００上に、所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極１１０及び第２電極１１２と、第１電極１１０及び第２電極１１２上に形成され、開口部１１４を含む絶縁層１２０と、エミッタ１４０と、絶縁層１２０の上部に形成された第３電極１３０とを含む。第１電極１１０と第２電極１１２それぞれの一部は開口部１１４を介して共に露出し、露出した開口部１１４の内部にある第１電極１１０の所定の領域上にエミッタ１４０が形成される。
【００４０】
一方、第１電極１１２と第３電極１３０との間には抵抗層１２５がさらに含まれる。抵抗層１２５の機能は電圧を降下させる役割をするもので、第２電極１１２に印加される電圧より第３電極１３０に印加される電圧をさらに低くする必要がある場合に有用である。抵抗層１２５は、第２電極１１２と第３電極１３０との間で電圧降下の機能をすればよく、特に限定されることなく、様々な厚さや配列などが可能であり、好ましくはＲｕＯ２（〜１０−５Ωｃｍ）、ＣｒＯ２（〜１０−３Ωｃｍ）、Ｃ２Ｏ３（〜１０３Ωｃｍ）、Ｌｕ２Ｏ３（〜１０−１Ωｃｍ）などの材料が利用可能である。
【００４１】
図２ｄは本発明の第１実施形態の別の変形例を示している。説明のために、図２ｃとの相違点を中心として説明すれば、これは、エミッタ１４０が第２電極１１２と連結されており、第2電極１１２と第３電極１３０との間に抵抗層１２５がさらに含まれた構造を持つ。
【００４２】
（電子放出表示装置）
図３及び図４は図２ａの電子放出素子を用いた電子放出表示装置の一部の概略構成図である。図３は図２ａの電子放出表示装置の平面図、図４は図３の電子放出表示装置のＡ−Ａ′に沿った断面図である。
【００４３】
図３及び図４を参照すれば、電子放出表示装置２０１は、一定の間隔をおいて相互対向して配置され、封着されて真空容器を構成する第１基板２００と第２基板２５０を含んでなる。第１基板２００上には、例えばマトリックス状にゲート配線とカソード配線が形成されて各単位画素を定義する。すなわち、ゲート配線とカソード配線はそれぞれストライプ(stripe)状に周期的に配置されて画素アレイを成し、ゲート配線とカソード配線はそれぞれ単位画素内のゲート電極とカソード電極に接続され、外部からの信号を伝達する役割をする。
【００４４】
一方、ゲート配線とゲート電極は、互いに同一または異なる物質で別途の工程によって形成されて電気的に接続された構成であってもよく、同一物質で共に形成されてもよい。カソード配線とカソード電極も同様である。図３及び図４では、単位画素のゲート電極２３０はゲート配線と同じ構成要素であり、単位画素のカソード電極２１０はカソード配線２７０と別途の物質で形成された構成要素である。
【００４５】
一方、単位画素は、少なくとも一つの開口部２１４を備えるが、各開口部２１４は絶縁層２２０の内部に設けられ、カソード電極２１０上に備えられる電子エミッタ２４０を第２基板の蛍光体２５４に対向するように露出させる。一方、ゲート電極２３０は、カソード電極２１０と同じ平面上に形成された第１補助電極２１２に接続されている。したがって、外部からゲート電極２３０に一定の電圧が印加される場合、第１補助電極２１２にもこれと同じ電圧が印加される。このような構造によれば、カソード電極２１０とゲート電極２３０に電圧差を印加して電子エミッタ２４０から電子が放出されるとき、ゲート電極２３０と第１補助電極２１２によって電子が集束されるように誘導することができる。例えば、ゲート電極２３０には正（例えば７０Ｖ）の電圧、カソード電極２１０には負（例えば、−８０Ｖ）の電圧をそれぞれ印加することができる。
【００４６】
第２基板２５０には、アノード電極２５６の少なくとも一面に形成される所定の形状を有する蛍光膜２５２が含まれる。前記アノード電極は透明電極を使用することもでき、薄い金属層を形成して使用することもできる。また、前記アノード電極としては一体型電極またはストライプ形状など、いずれも使用可能である。
【００４７】
図４を参照すれば、第１基板２００上に形成された電子エミッタ２４０と対向する位置に蛍光膜２５２が配置され、蛍光膜２５２の間はブラックマトリックス２５４が形成されており、蛍光膜２５２とブラックマトリックス２５４を覆う形式でアノード電極２５６が長手方向に連結された構造を有する。電子エミッタ２４０から放出された電子が衝突するとき、赤、緑、青色の可視光を発光する。一方、第１基板２００と第２基板２５０は、公知の方式、例えばスペーサなどの支持手段によって一定の距離を保って支持される。一方、図４は１つのＲ、ＧまたはＢ蛍光体２５４一個当たり電子エミッタ２１４一つが対応するように示されているが、１つのＲ、ＧまたはＢ蛍光体２５４一個当たり複数の電子エミッタ２１４を含むように構成することもできる。
【００４８】
前記電子放出表示装置に印加可能な電圧を考察すれば、ゲート電極には約１０〜１２０Ｖの電圧を印加し、カソード電極には約−１２０〜−１０Ｖの電圧を印加する。そして、エミッタから放出された電子が加速できるように、アノード電極には１〜数ｋＶの電圧を印加する。一方、ゲート電極によって電子ビームのフォーカシングを調節することができるので、３電極の適切な組み合わせで加速された電子のフォーカシングのための最適の条件を見付けることができる。
【００４９】
次に、図５ａ〜図５ｄを参照して本発明の第１実施形態による電子放出表示装置の第１基板の製造過程を詳細に説明する。図５ａ〜図５ｄは電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【００５０】
図５ａを参照すれば、第１基板（図４の２００）上に、所定の距離で互いに離隔するようにカソード電極２１０と第２補助電極２１２を形成する。カソード電極２１０と第１補助電極２１２は、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの透明導電層を１０００〜２０００Å厚さに形成し、これを選択的にエッチングして形成可能であり、例えば１３００Åの厚さに形成することができる。
【００５１】
図５ｂを参照すれば、カソード電極２１０に外部から信号を印加することができるように、カソード配線２７０を形成する。例えば、一般的な蒸着技術を用いてＣｒ、Ａｌなどの金属層を数μｍに形成し、リソグラフィ工程またはスクリーン印刷、乾燥工程を用いてカソード配線２７０を形成する。必要に応じて、カソード配線２７０はカソード電極２１０の形成時に共に同じ物質で形成することも可能である。
【００５２】
図５ｃを参照すれば、絶縁層２２０をスパッタリング法、ＣＶＤ法または真空蒸着法などとリソグラフィ工程を用いるか、スクリーン印刷法で印刷し乾燥させる工程などを用いて約２０μｍに形成し、コンタクトホールＣＨと開口部２１４を形成する。開口部２１４は、電子エミッタ２４０が露出できるように形成され、コンタクトホールＣＨはゲート電極（図５ｄの２３０）と第１補助電極２１２とを接続させるために形成される。
【００５３】
図５ｄを参照すれば、カソード電極２１０上の一部に、例えばカーボンナノチューブを用いた電子エミッタ２４０を形成する。電子エミッタ２４０は、開口部２１４を介して電子を放出することができるように露出している。また、ゲート電極２３０を例えば一般的な蒸着技術を用いてＣｒ、Ａｌなどの金属層を数μｍに形成し、リソグラフィ工程またはスクリーン印刷、乾燥工程を用いて形成する。この際、形成されたゲート電極２３０はゲート配線としての役割も共に遂行する。
【００５４】
一方、第２基板２５０上にはアノード電極とＲ、Ｇ、Ｂ蛍光膜が形成される。アノード電極は一体型またはストリップ状に形成可能であり、第２基板２５０上には公知の技術によるブラックマトリックスなどが追加されてもよい。
【００５５】
（第２実施形態）
以下、添付図面を参照して本発明の第２実施形態による電子放出素子を詳細に説明する。図６ａ〜図６ｃは本発明の第２実施形態による電子放出素子の概略断面図である。一方、説明のために、第１実施形態との相違点を基準として詳細に説明する。
【００５６】
図６ａを参照すれば、電子放出素子３０１は、基板３００上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極３１０及び第２電極３１２と、第１電極３１０及び第２電極３１２のうち少なくとも前記第１電極３１０の一部を露出させる開口部３１４を含む絶縁層３２０と、電子エミッタ３４０と、絶縁層３２０の上部に形成された第３電極３３０及び第４電極３８０を含む。図６には第１電極３１０と第２電極３１２それぞれの一部が開口部３１４を介して共に露出された構造を示している。第３電極３３０と第４電極３８０は、絶縁層３２０の上部に所定の間隔で互いに離隔して形成され、第３電極３３０は第２電極３１２に接続され、第４電極３８０は第１電極３１０に接続される。第１電極３１０と第２電極３１２に電圧差を印加して電子エミッタ３４０から電子が放出されるとき、第３電極３３０と前記第４電極３８０によって電子が集束される。
【００５７】
一方、第３電極３３０は、絶縁層３２０の内部に形成された第１コンタクトホールＣＨ１を介して第２電極３１２と電気的に接続され、第４電極３８０は第２コンタクトホールＣＨ２を介して第１電極３１０に電気的に接続される。したがって、第１電極３１０と第２電極３１２に電圧差を印加して電子エミッタ３４０から電子が放出されるとき、第３電極３３０にも第２電極３１２と同じ電圧が印加され、第４電極３８０にも第１電極３１０と同じ電圧が印加され、これにより第４電極におけるプッシング(Pushing)効果によって電子が一層集束されることになる。
【００５８】
絶縁層３２０上に形成された第３電極３３０と第４電極３８０は、必ずしも平面上に互いに離隔して構成されるとは限定されず、様々な形状を有することができ、好ましくは図７に示すように第３電極３３０と第４電極３８０が共に開口部３１４を取り囲む構造で構成して電子ビームの集束を効果的に行うことができる。例えば、開口部３１４が四角形状を持つ場合、第３電極３３０が３つの面の外郭に配置され、第４電極３８０が残りの外郭に配置されるように構成してもよく、あるいは第３電極３３０が２つの面の外郭に配置され、第４電極３８０が１つまたは２つの面に配置されるように構成してもよい。このような第３電極３３０と第４電極３８０の形状は印加される電圧によるフォーカシングの度合いによって最適化することができる。
【００５９】
一方、第１電極３１０と第２電極３１２のうち第１電極３１０の一部のみを開口部３１４を介して露出させ、その上に電子エミッタ３４０を形成し、第２電極３１２は全て絶縁層に覆われる構造で構成することもできる。このような構造によれば、漏洩電流を防止することができるという効果がある。また、第１電極の電子エミッタ３４０以外の他の領域は全て絶縁層３２０で覆われる構造を持つように構成することもできる。
【００６０】
図６ｂは本発明の第２実施形態の他の変形例を示す。電子放出素子３０１は、基板３００上に所定の距離で互いに離隔して形成された第１電極３１０及び第２電極３１２と、第１電極３１０と第２電極３１２のうち少なくとも前記第１電極３１０の一部を露出させる開口部３１４を含む絶縁層３２０と、電子エミッタ３４０と、絶縁層３２０の上部に形成された第３電極３３０及び第４電極３８０とを含む。
【００６１】
一方、第２電極３１２と第３電極３３０との間には抵抗層３２５がさらに含まれる。抵抗層３２５の機能は電圧を降下させる役割をするもので、第２電極３１２に印加される電圧より第３電極３３０に印加される電圧をさらに小さくする必要がある場合に有用である。抵抗層３２５は、第２電極３１２と第３電極３３０との間で電圧降下の機能をすればよく、特に限定されることなく、様々な厚さや配列などが可能である。好ましい抵抗層３２５の材料は、ＲｕＯ２（〜１０−５Ωｃｍ）、ＣｒＯ２（〜１０−３Ωｃｍ）、Ｃ２Ｏ３（〜１０３Ωｃｍ）、Ｌｕ２Ｏ３（〜１０−１Ωｃｍ）などである。
【００６２】
図６ｃは本発明の第２実施形態の別の変形例を示す。説明のために、図６ｂとの相違点を中心として説明すれば、第１電極３１０と第４電極３８０との間に抵抗層３２５がさらに含まれた構造を有する。一方、第２電極３１２と第３電極３３０との間、及び第１電極３１０と第４電極３８０との間全てに抵抗層を追加することも可能である。
【００６３】
図７及び図８は図６の電子放出素子を用いた電子放出表示装置の一部の概略構成図である。図７は電子放出表示装置の平面図、図８は図６の電子放出表示装置のＢ−Ｂ′線に沿った断面図である。
【００６４】
説明のために、第１実施形態の場合との相違点を基準として説明すれば、電子放出表示装置３０１は、一定の間隔を置いて互いに対向して配置され、封着されて真空容器を構成する第１基板３００及び第２基板３５０を含んでなる。
【００６５】
単位画素は、少なくとも一つの開口部３１４を備えるが、各開口部３１４は、絶縁層３２０の内部に設けられ、カソード電極３１０上に備えられるエミッタ３４０を第２基板の蛍光体３５４に対向するように露出させる。一方、ゲート電極３３０はカソード電極３１０と同じ平面上に形成された第１補助電極３１２に接続されており、カソード電極３１２は第２補助電極３８０に接続されている。
【００６６】
図９ａ〜図９ｅは、第２実施形態による電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。説明のために、第１実施形態との相違点を基準として詳細に説明する。
【００６７】
図９ａ〜図９ｃを参照すれば、第１実施形態で説明した方式と同じ方式により、第１基板３００上に所定の距離で互いに離隔するようにカソード電極３１０と第１補助電極３１２を形成し、カソード電極３１０に外部から信号が印加できるようにカソード配線３７０を形成する。次に、絶縁層３２０を形成し、第１コンタクトホールＣＨ１と開口部３１４を形成する。開口部３１４は電子エミッタ３４０が露出するように形成され、第１コンタクトホールＣＨ１はゲート電極３３０と第１補助電極３１２を接続させるために形成される。
【００６８】
図９ｄを参照すれば、カソード電極３１０上の一部に、例えばカーボンナノチューブを用いた電子エミッタ３４０を形成する。電子エミッタ３４０は開口部３１４を介して電子が放出できるように露出している。また、ゲート電極３３０を形成する。但し、第１実施形態の場合は絶縁層上にゲート電極のみが配置される構造をもつが、これに対し、第２実施形態の場合は絶縁層３２０上にゲート電極３３０のみならず第２補助電極３８０をも含む。
【００６９】
図９ｅを参照すれば、絶縁層３２０の内部に第２コンタクトホールＣＨ２を形成し、その上部全体に金属層を形成し、これをパターニングして第２補助電極３８０を形成する。
【００７０】
第２実施形態によれば、第１実施形態の場合とは違って、絶縁層３２０の上部にゲート電極３３０と第２補助電極３８０の２つが配置されるので、配置構造や形状などによって電子集束効果が異なる。すなわち、図７及び図９ｅでは、ゲート電極３３０と第２補助電極３８０が四角形状の開口部３１４を取り囲む構造になっているが、ゲート電極３３０が「コ」の字状に開口部３１４を取り囲み、第２補助電極３８０は開口部３１４の残り１面に所定の距離で離隔して四角形状になっている。ゲート電極３３０と第２補助電極３８０の形状などは様々な変形例が存在し得る。
【００７１】
図１０ａ〜図１０ｅは第２実施形態による電子放出表示装置の変形例による製造工程を概略的に示す平面図である。説明のために、第２実施形態との相違点を基準として詳細に説明する。
【００７２】
図１０ａ〜図１０ｃを参照すれば、第２実施形態で説明した方式と同じ方式により、基板上にカソード電極４１０と第１補助電極４１２を所定の距離で互いに離隔するように形成し、カソード電極４１０に外部から信号が印加できるようにカソード配線４７０を形成する。前述したように、カソード電極４１０と第１補助電極４１２は互いに異なる物質で形成してもよく、同じ物質で形成してもよい。次に、絶縁層４２０を形成し、コンタクトホールＣＨ１と開口部４１４を形成する。開口部４１４は電子エミッタが露出するように形成され、第１コンタクトホールＣＨ１はゲート電極４３０と第１補助電極４１２とを接続させるために形成される。
【００７３】
図１０ｄを参照すれば、カソード電極４１０上の一部に、例えばカーボンナノチューブを用いた電子エミッタ４４０を形成する。電子エミッタ４４０は開口部４１４を介して電子が放出できるように露出している。また、ゲート電極４３０を形成する。ゲート電極４３０の形状は単位画素を基準として四角状の開口部４１４の２面を取り囲む「Ｌ」状の構造で形成されている。
【００７４】
図１０ｅを参照すれば、絶縁層４２０の内部に第２コンタクトホールＣＨ２を形成し、その上に第２補助電極４８０を形成するが、四角状の開口部４１４の１面に対応する直線状に形成されている。
【００７５】
このような変形例によれば、電子エミッタ４４０の面積を広くすることができるため、放出される電子の量が多くすることができ、そのため、輝度が増加しうる。
【００７６】
一方、別の変形例によれば、開口部４１４がオープンされる部位をさらに減らすことができる。すなわち、絶縁層４２０を第１補助電極４１２を完全に覆うように形成する構成を意味する。このような構成によれば、漏洩電流を遮断することができるという効果がある。また、電子エミッタ４４０のみをオープンする構造を採用することも可能である。
【００７７】
図１１ａ及び図１１ｂは本発明の第２実施形態による電子放出素子のシミュレーション実験結果を説明するための図である。図１１ａではシミュレーションで使用された電子放出素子の平面図である。このシミュレーションで使用されたカーボンナノチューブ電子エミッタの幅は８３μｍであり、カソード電圧は−８０Ｖ、ゲート電圧は６０Ｖ、アノード電圧は１ｋＶと計算した。図１１ｂではこの場合の電子ビームの軌跡を示している。このように、この電子放出素子によって放出された電子ビームが対応する単位画素に集束されて衝突していることが分かる。
【００７８】
一方、集束の度合いを比較するために、従来の技術によるアンダーゲート構造の電子放出素子と本発明の第２実施形態による電子ビームとの集束の度合いを比較した。図１２ａは従来の技術の電子放出素子の電子ビームの集束を示す写真、図１２ｂは図１１ａの電子放出素子の電子ビームの集束を示す写真である。図１２ａと図１２ｂから分かるように、図１１ａの電子放出素子による電子ビームの集束が従来の技術に比べて一層効果的に行われていることが分かる。但し、図１２ｂの場合、図１２ａと比較して右側が部分的に広く分布されているが、これは具体的な形状などの最適化が完全行われていないためである。
【００７９】
本発明の技術思想は前記好適な実施形態によって具体的に述べられたが、これらの実施形態は本発明を説明するためのもので、制限するものではない。また、本発明の技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範囲内で様々な実施形態が可能であることを理解するであろう。
【００８０】
以上、本発明の好適な実施形態を挙げて詳細に説明しが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、当分野で通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】従来の技術による電子放出表示装置の一部の概略断面図である。
【図２ａ】本発明の第１実施形態による電子放出素子の概略断面図である。
【図２ｂ】本発明の第１実施形態による電子放出素子の概略断面図である。
【図２ｃ】本発明の第１実施形態による電子放出素子の概略断面図である。
【図２ｄ】本発明の第１実施形態による電子放出素子の概略断面図である。
【図３】図２ａの電子放出素子を用いた電子放出表示装置の平面図である。
【図４】図３の電子放出表示装置のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。
【図５ａ】電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図５ｂ】電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図５ｃ】電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図５ｄ】電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図６ａ】本発明の第２実施形態による電子放出素子の概略断面図である。
【図６ｂ】本発明の第２実施形態による電子放出素子の概略断面図である。
【図６ｃ】本発明の第２実施形態による電子放出素子の概略断面図である。
【図７】図６ａの電子放出素子を用いた電子放出表示装置の平面図である。
【図８】図７の電子放出表示装置のＢ−Ｂ′線に沿った断面図である。
【図９ａ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図９ｂ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図９ｃ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図９ｄ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図９ｅ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の製造工程を概略的に示す平面図である。
【図１０ａ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の変形例による製造工程を概略的に示す平面図である。
【図１０ｂ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の変形例による製造工程を概略的に示す平面図である。
【図１０ｃ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の変形例による製造工程を概略的に示す平面図である。
【図１０ｄ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の変形例による製造工程を概略的に示す平面図である。
【図１０ｅ】本発明の第２実施形態による電子放出表示装置の変形例による製造工程を概略的に示す平面図である。
【図１１ａ】本発明の第２実施形態による電子放出素子のシミュレーション実験結果を説明するための図である。
【図１１ｂ】本発明の第２実施形態による電子放出素子のシミュレーション実験結果を説明するための図である。
【図１２ａ】従来の技術による電子放出素子の電子ビームの集束を示す写真である。
【図１２ｂ】図１１ａの電子放出素子の電子ビームの集束を示す写真である。
【符号の説明】
【００８２】
１００  基板
１０１  電子放出素子
１１０  第１電極
１１２  第２電極
１１４  開口部
１２０  絶縁層
１３０  第３電極
１４０  電子エミッタ
２００  第１基板
２５０  第２基板
２０１  電子放出表示装置
２１０  カソード電極
２１２  第１補助電極
２１４  開口部
２２０  絶縁層
２３０  ゲート電極
２４０  電子エミッタ
２５０  第２基板
２５２  蛍光膜
２５６  アノード電極  
２７０  カソード配線
３００  基板
３０１  電子放出素子
３０１  第１電極
３１２  第２電極
３１４  開口部
３２０  絶縁層
３２５  抵抗層
３３０  第３電極
３４０  電子エミッタ
３８０  第４電極
【図１】
2005294262.tif 000003
【図２ａ】
2005294262.tif 000004
【図２ｂ】
2005294262.tif 000005
【図２ｃ】
2005294262.tif 000006
【図２ｄ】
2005294262.tif 000007
【図３】
2005294262.tif 000008
【図４】
2005294262.tif 000009
【図５ａ】
2005294262.tif 000010
【図５ｂ】
2005294262.tif 000011
【図５ｃ】
2005294262.tif 000012
【図５ｄ】
2005294262.tif 000013
【図６ａ】
2005294262.tif 000014
【図６ｂ】
2005294262.tif 000015
【図６ｃ】
2005294262.tif 000016
【図７】
2005294262.tif 000017
【図８】
2005294262.tif 000018
【図９ａ】
2005294262.tif 000019
【図９ｂ】
2005294262.tif 000020
【図９ｃ】
2005294262.tif 000021
【図９ｄ】
2005294262.tif 000022
【図９ｅ】
2005294262.tif 000023
【図１０ａ】
2005294262.tif 000024
【図１０ｂ】
2005294262.tif 000025
【図１０ｃ】
2005294262.tif 000026
【図１０ｄ】
2005294262.tif 000027
【図１０ｅ】
2005294262.tif 000028
【図１１ａ】
2005294262.tif 000029
【図１１ｂ】
2005294262.tif 000030
【図１２ａ】
2005294262.tif 000031
【図１２ｂ】
2005294262.tif 000032