(57)【要約】【課題】高コントラストおよび高画質と低駆動電圧を有する，電極構造の改善された電子放出素子を提供する。【解決手段】電子放出素子において，所定の間隔を置いて対向して配置される第１基板２０および第２基板２２と，第１基板２０上に形成されるカソード電極２４と，カソード電極２４との間に絶縁層２５を介して形成されるゲート電極２６と，カソード電極２４に形成される電子放出部２８とを含んでなる。絶縁層２５は，カソード電極２４上に形成される第１絶縁層２５ａと，第１絶縁層２５ａ上に部分的に形成された少なくとも一つ以上の第２絶縁層２５ｂとからなり，ゲート電極２６は，絶縁層２５の表面に合わせて形成された段差部と，段差部の上端と下端とを連結する傾斜部とを有する。【選択図】    図１
2005340159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出素子において：
所定の間隔を置いて対向して配置される第１基板および第２基板と；
前記第１基板上に形成されるカソード電極と；
前記カソード電極との間に絶縁層を介して形成されるゲート電極と；
前記カソード電極に形成される電子放出部と；を含んでなり，
前記絶縁層は，前記カソード電極上に形成される第１絶縁層と，前記第１絶縁層上に部分的に形成された少なくとも一つ以上の第２絶縁層とからなり，
前記ゲート電極は，前記絶縁層の表面に合わせて形成された段差部と，前記段差部の上端と下端とを連結する傾斜部と，を有することを特徴とする，電子放出素子。
【請求項２】
前記第１絶縁層に形成され，所望のゲートホールの大きさに対応する距離を有する小径部と，前記第２絶縁層に形成され，前記小径部の上端から前記段差部の上端まで所望のゲートホールより大きい距離を有する大径部と，をさらに含むことを特徴とする，請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記小径部には，前記絶縁層を貫通するゲートホールが少なくとも一つ以上形成され，前記ゲートホールを介して前記電子放出部が露出され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】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の厚さは，前記電子放出部から前記小径部の上端までの高さに対する前記電子放出部から前記大径部の上端までの高さの比が１．５以上となるように設定され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５】
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の厚さの和は，前記電子放出部から前記大径部の上端まで４μｍ以上の高さを有するように設定されることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記ゲートホールは，長方形または楕円形であることを特徴とする，請求項３に記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記カソード電極の長手方向に形成された前記段差部の高さが，前記カソード電極の幅方向に形成された前記段差部の高さより低いことを特徴とする，請求項６に記載の電子放出素子。
【請求項８】
前記段差部は，前記カソード電極の幅方向にだけ形成されることを特徴とする，請求項６に記載の電子放出素子。
【請求項９】
前記段差部は，前記カソード電極の幅方向に１画素ごとに両端部に形成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１０】
前記電子放出部は，カーボンナノチューブ，グラファイト，ダイアモンド状カーボン，Ｃ６０，グラファイトナノファイバ，シリコンナノワイヤのいずれか１種または組合せからなることを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項１１】
電子放出素子において：
所定の間隔を置いて対向して配置される第１基板および第２基板と；
前記第１基板上に形成されるカソード電極と；
前記カソード電極との間に絶縁層を介して形成されるゲート電極と；
前記カソード電極に形成される電子放出部と；
前記第２基板上に形成され，前記電子放出部から放出された電子によりイメージを具現するイメージ表示部と；を含んでなり，
前記絶縁層は，第１絶縁層と，前記第１絶縁層上に部分的に形成された少なくとも一つ以上の第２絶縁層とからなり，
前記ゲート電極は，前記絶縁層の表面に合わせて形成された段差部と，前記段差部の上端と下端とを連結する傾斜部とを有することを特徴とする，電子放出素子。
【請求項１２】
前記イメージ表示部は，前記第２基板上に形成されるアノード電極と，前記アノード電極のいずれか一面に配置される蛍光膜とを含むことを特徴とする，請求項１１に記載の電子放出素子。
【請求項１３】
前記アノード電極は，透明材質または金属薄膜からなることを特徴とする，請求項１２に記載の電子放出素子。
【請求項１４】
電子放出素子の製造方法であって：
第１基板に所定のパターンにカソード電極を形成する段階と；
前記カソード電極および第１基板上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層を形成する段階と；
前記第１絶縁層上に感光性絶縁ペーストを印刷して第２絶縁層を形成する段階と；
前記第２絶縁層を，所望のゲートホールの距離より大きいホールが形成されたマスクパターンにしたがって露光および現像して，前記第１絶縁層を部分的に露出させる段階と；
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層上にゲート電極を形成する段階と；
所望のゲートホールの大きさと同じ大きさのホールが形成されたマスクパターンにしたがって前記ゲート電極および前記第１絶縁層および前記第２絶縁層を食刻してゲートホールを形成する段階と；
前記ゲートホールの内部に電子放出部を形成する段階と；
を含んでなることを特徴とする，電子放出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第２絶縁層を露光および現像して前記第１絶縁層を部分的に露出させる段階は，前記カソード電極の長手方向に所望のゲートホールより大きいホールを形成し，前記カソード電極の幅方向に所望のゲートホールの大きさと同一のホールを形成することからなることを特徴とする，請求項１４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１６】
電子放出素子の製造方法であって：
第１基板に所定のパターンにカソード電極を形成する段階と；
前記カソード電極および前記第１基板上に感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層を形成する段階と；
所望のゲートホールより大きいホールが形成されたマスクパターンにしたがって前記第１絶縁層を露光および現像して前記カソード電極を部分的に露出させる段階と；
前記カソード電極を部分的に露出させる段階で残った前記第１絶縁層の側面が，傾斜面となるように焼成する段階と；
前記第１絶縁層および前記カソード電極上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第２絶縁層を形成する段階と；
前記第２絶縁層の表面にあって電極を形成する段階と；
所望のゲートホールの大きさと同じ大きさのホールが形成されたマスクパターンにしたがってゲート電極，前記第１絶縁層および前記第２絶縁層を食刻してゲートホールを形成する段階と；
前記ゲートホールの内部に電子放出部を形成する段階と；
を含んでなることを特徴とする，電子放出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１絶縁層および前記カソード電極上に前記非感光性絶縁ペーストを印刷して前記第２絶縁層を形成する段階において，段差部を形成するため，前記第１絶縁層および前記カソード電極の上面と前記第１絶縁層の側面傾斜面にそれぞれ同一厚さの前記非感光性絶縁ペーストを印刷することを特徴とする，請求項１６に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記非感光性絶縁ペーストは，前記感光性絶縁ペーストより焼成温度が５０℃以上低い材料からなることを特徴とする，請求項１６に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１９】
電子放出素子の製造方法であって：
第１基板に所定のパターンにカソード電極を形成する段階と；
前記カソード電極および前記第１基板上に感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層を形成する段階と；
所望のゲートホールより大きいホールが形成されたマスクパターンにしたがって前記第１絶縁層を露光および現像して前記カソード電極を部分的に露出させる段階と；
前記第１絶縁層および前記カソード電極上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第２絶縁層を形成する段階と；
前記第２絶縁層上にゲート電極を所定のパターンに形成する段階と；
所望のゲートホールの大きさと同じ大きさのホールが形成されたマスクパターンにしたがって前記ゲート電極および絶縁層を食刻してゲートホールを形成する段階と；
前記ゲートホールの内部に電子放出部を形成する段階と；
を含んでなることを特徴とする，電子放出素子の製造方法。
【請求項２０】
前記非感光性絶縁ペーストは，前記感光性絶縁ペーストより焼成温度が５０℃以上低い材料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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出素子に係り，より詳しくは，電子放出素子から放出される電子ビームを集束することができるゲート電極の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に，電子放出素子は，電子源として熱陰極を用いる方式と，冷陰極（Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ）を用いる方式がある。このうち，冷陰極を用いる方式の電子放出素子としては，ＦＥＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ａｒｒａｙ）型，ＳＣＥ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）型，ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型，ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型，およびＢＳＥ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）型の電子放出素子が知られている。
【０００３】
電子放出素子は，その種類によって細部構造が異なる。基本的には，真空容器内に，電子放出のための構造物，すなわち電子放出ユニットを設け，電子放出ユニットと対向するように真空容器内に発光部を備えて，所定の発光または表示作用をする。
【０００４】
電子放出素子のうち，ＦＥＡ型は，電界により電子を放出する電子放出部を形成し，電子放出部の周囲の駆動電極に駆動電圧を印加する。これにより，電子放出部の周囲に電界が形成され，その電界から電子が放出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＥＡ型の電子放出部の周囲に電界を形成する電極の製造方法において，カソード電極とゲート電極間に，厚膜印刷方法で絶縁層を形成すると，薄膜印刷方法に比べ，工程が簡単で大面積に対する工程が容易であり，絶縁層を厚く形成することができるという利点がある。しかし，膜の特性上，湿式食刻法により，電子放出部が形成される空間であるゲートホールを形成しなければならない。そのため，湿式食刻段階で発生するアンダーカット（成形品を金型から取り出すとき，そのままの状態では離型できない凸形状または凹形状）と食刻の不均一性により，小さくて均一なゲートホールを形成するのに問題点がある。
【０００６】
また，ＦＥＡ型電子放出素子において，ゲートホール周辺のゲート電極が電子放出部から電子放出を誘導するので，放出された電子は，一般に，アノード電極に向かって直角に進行せず，放物線軌道に沿ってアノード電極に向かって進行する。したがって，放出電子ビームの放出幅が大きくなるため，所望蛍光層だけでなく隣接したほかの蛍光層にも影響を与えて，色純度または諧調特性を低下させる問題点がある。
【０００７】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，絶縁層を厚く形成して素子の絶縁特性を向上させながら，ゲートホールを小さく形成することができる電子放出素子を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は，ゲート電極の構造を改善して，電子放出部から放出される電子ビームを集束することにより，所望の発光部のみを発光させることができる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】
【０００９】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，所定の間隔を置いて対向して配置される第１基板および第２基板と；第１基板上に形成されるカソード電極と；カソード電極との間に絶縁層を介して形成されるゲート電極と；カソード電極に形成される電子放出部と；を含んでなり，絶縁層は，カソード電極上に形成される第１絶縁層と，第１絶縁層上に部分的に形成された少なくとも一つ以上の第２絶縁層とからなり，ゲート電極は，絶縁層の表面に合わせて形成された段差部と，段差部の上端と下端とを連結する傾斜部とを有する電気放出素子が提供される。
【００１０】
電子放出素子は，第１絶縁層に形成され，所望のゲートホールの大きさに対応する距離を有する小径部と，第２絶縁層に形成され，小径部の上端から段差部の上端まで所望のゲートホールより大きい距離を有する大径部とをさらに含み，小径部には，絶縁層を貫通するゲートホールが少なくとも一つ以上形成され，ゲートホールを介して電子放出部が露出される。
【００１１】
電子放出部から小径部の上端までの高さに対する電子放出部から大径部の上端までの高さの比は，１．５以上であるのがよい。
【００１２】
また，電子放出部から大径部の上端までの高さは，十分な絶縁性を有するように，４μｍ以上であることが好ましい。
【００１３】
カソード電極の長手方向に形成された段差部と，カソード電極の幅方向に形成された段差部の高さが相違するように形成することができる。このとき，カソード電極の長手方向に形成された段差部の高さがカソード電極の幅方向に形成された段差部の高さより低いことが好ましい。また，段差部がカソード電極の幅方向にだけ形成されることがさらに好ましい。
【００１４】
段差部は，カソード電極の幅方向に１画素ごとに両端部に形成することができる。
【００１５】
電子放出部は，例えば，カーボンナノチューブ，グラファイト，ダイアモンド状カーボン，Ｃ６０，グラファイトナノファイバ，シリコンナノワイヤのいずれか１種または組合せからなる。
【００１６】
また，本発明の別の目的は，所定の間隔を置いて対向して配置される第１基板および第２基板と；第１基板上に形成されるカソード電極と；カソード電極との間に絶縁層を介して形成されるゲート電極と；カソード電極に形成される電子放出部と；第２基板上に形成され，電子放出部から放出された電子によりイメージを具現するイメージ表示部と；を含んでなり，絶縁層は，第１絶縁層と，第１絶縁層上に部分的に形成された少なくとも一つ以上の第２絶縁層とからなり，ゲート電極は，絶縁層の表面に合わせて形成された段差部と，段差部の上下端を連結する傾斜部とを有する電子放出素子を提供することにある。
【００１７】
イメージ表示部は，第２基板上に形成されるアノード電極と，アノード電極のいずれか一面に配置される蛍光膜とを含むことができる。このとき，アノード電極は，例えば，透明材質または金属薄膜からなる。
【００１８】
さらに，本発明の別の目的は，第１基板に所定のパターンにしたがってカソード電極を形成する段階と；カソード電極および第１基板上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層を形成する段階と；第１絶縁層上に感光性絶縁ペーストを印刷して第２絶縁層を形成する段階と；第２絶縁層を所望のゲートホールの距離より大きいホールが形成されたマスクパターンにしたがって露光および現像して，第１絶縁層を部分的に露出させる段階と；第１絶縁層および第２絶縁層上にゲート電極を形成する段階と；所望のゲートホールの大きさと同じ大きさのホールが形成されたマスクパターンにしたがって，ゲート電極および絶縁層を食刻してゲートホールを形成する段階と；ゲートホールの内部に電子放出部を形成する段階と；を含んでなる電子放出素子の製造方法を提供することにある。
【００１９】
第２絶縁層を露光および現像して第１絶縁層を部分的に露出させる段階は，カソード電極の長手方向に所望のゲートホールより大きいホールを形成し，カソード電極の幅方向に所望のゲートホールの大きさと同一のホールを形成することもできる。
【００２０】
さらに，本発明の別の目的は，第１基板に所定のパターンにしたがってカソード電極を形成する段階と；カソード電極および第１基板上に感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層を形成する段階と；所望のゲートホールより大きいホールが形成されたマスクパターンにしたがって第１絶縁層を露光および現像してカソード電極を部分的に露出させる段階と；段階で残った第１絶縁層の側面が傾斜面となるように焼成する段階と；第１絶縁層およびカソード電極上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第２絶縁層を形成する段階と；第２絶縁層の表面に合わせて電極を形成する段階と；所望のゲートホールの大きさと同じ大きさのホールが形成されたマスクパターンにしたがって，ゲート電極および絶縁層を食刻してゲートホールを形成する段階と；ゲートホールの内部に電子放出部を形成する段階と；を含んでなる電子放出素子の製造方法を提供することにある。
【００２１】
第１絶縁層およびカソード電極上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第２絶縁層を形成する段階において，段差部を形成するため，第１絶縁層およびカソード電極の上面と第１絶縁層の側面傾斜面にそれぞれ同一厚さの非感光性絶縁ペーストを印刷することができる。
【００２２】
さらに，本発明の別の目的は，第１基板に所定のパターンにしたがってカソード電極を形成する段階と；カソード電極および第１基板上に感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層を形成する段階と；所望のゲートホールより大きいホールが形成されたマスクパターンにしたがって第１絶縁層を露光および現像してカソード電極を部分的に露出させる段階と；第１絶縁層およびカソード電極上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第２絶縁層を形成する段階と；第２絶縁層上にゲート電極を所定のパターンに形成する段階と；所望のゲートホールの大きさと同じ大きさのホールが形成されたマスクパターンにしたがって，ゲート電極および絶縁層を食刻してゲートホールを形成する段階と；ゲートホールの内部に電子放出部を形成する段階と；を含んでなる電子放出素子の製造方法を提供することにある。
【００２３】
上記の非感光性絶縁ペーストは，第１絶縁層に形成したパターンを維持するため，感光性絶縁ペーストより焼成温度が５０℃以上低い材料からなることが好ましい。
【００２４】
また，本発明によれば，集束電極（例えば，フォーカシング電極またはグリッドプレートなど）を別途に備えていない状態でも，ゲートホール周辺のゲート電極の傾斜部により，電子放出部から放出される電子ビームが集束できることにより，コントラストが高く，色分離が著しい高画質の画像を具現することができる。
【００２５】
また，カソード電極の幅方向（蛍光膜の幅方向）に位置するゲート電極と電子放出部の周辺部間の距離を相対的に大きくし，カソード電極の長手方向に位置するゲート電極と電子放出部の角部間の距離を相対的に小さく構成するので，隣接した蛍光膜側へのビーム拡散を最大限抑制することができる。
【００２６】
そして，ゲートホールを形成する部分の絶縁層の厚さが薄いため，比較的小さいゲートホールを形成することが可能である。これにより，電子放出部とゲート電極間の距離が小さくなり，ゲート電極の駆動電圧を低めることができ，電力消耗の減少と駆動回路の製作などに非常に有利である。
【００２７】
また，２層の絶縁層を用い，厚さを薄くする部分は１層の絶縁層のみから形成し，残りの部分は２層の絶縁層から形成することができる。これにより，部分的に厚さの異なる絶縁層を容易に形成することができ，ゲートホールを形成する部分の厚さを薄く形成することが可能なので，小さいゲートホールを形成することができる。
【００２８】
さらに，感光性絶縁ペーストと非感光性絶縁ペーストを適宜組み合わせて使用するので，工程が簡単で絶縁層を厚膜に形成することができる。また，絶縁層の膜厚さに比べて工程時間が短縮され，比較的安価な工程装備を用いることができる。
【００２９】
ゲート電極および絶縁層を食刻してゲートホールを形成する段階においては，アンダーカットによりゲートホールの距離が拡張するのを抑制することが可能なので，単位画素当りのゲートホールの集積度を相対的に高めることができる。これにより，微細画素の具現および発光特性に優れた高画質の映像を具現することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば，絶縁層を厚く形成して素子の絶縁特性を向上させながら，ゲートホールを小さく形成することが可能な，電子放出素子を提供することができる。
【００３１】
また，ゲート電極の構造を改善して，電子放出部から放出される電子ビームを集束することにより，所望の発光部のみを発光させることが可能な，電子放出素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３３】
図１〜図３に基づいて，本実施形態の電子放出素子について説明する。
【００３４】
図１〜図３に示すように，本実施形態は，第１基板２０および第２基板２２が所定の間隔を置いて対向して配置される。第１基板２０上には，所定の間隔で多数のカソード電極２４とカソード電極２４上に形成される多数の電子放出部２８が配置される。カソード電極２４上には，ゲート電極２６が配置される。ゲート電極２６は，カソード電極２４と交差するパターンに形成され，カソード電極２４の幅方向に段差部と傾斜部を有する。カソード電極２４とゲート電極２６間には，電子放出部２８が形成される空間であるゲートホール２７が所定のパターンに形成され，カソード電極２４の幅方向に絶縁層２５が配置される。絶縁層２５は，部分的に少なくとも一つ以上が配置された所定厚さの第１絶縁層２５ａと，少なくとも第１絶縁層よりは厚さの薄い第２絶縁層２５ｂとからなる。第２基板２２上には，アノード電極３０と，アノード電極３０の一面に所定のパターンに形成される蛍光膜３２とが配置される。
【００３５】
ゲート電極２６は，例えば，図１のＹ軸方向にストライプパターンに形成され，カソード電極２４は，図１のＸ軸方向にストライプパターンに形成される。このとき，ゲート電極２６とカソード電極２４が交差する領域を画素領域と定義する。
【００３６】
この画素領域ごとに，カソード電極２４に電気的に連結されるように，少なくとも一つ以上の電子放出部２８が形成される。電子放出部２８をなす電子放出物質としては，大別すると，カーボン系物質とナノメートルサイズ物質とがある。カーボン系物質としては，例えば，カーボンナノチューブ，グラファイト，ダイアモンド状カーボン，Ｃ６０などがあり，ナノメートルサイズ物質としては，例えば，カーボンナノチューブ，グラファイトナノファイバ，シリコンナノワイヤなどがある。カーボン系物質は，およそ１０〜１００Ｖの低電圧駆動条件で電子を良好に放出する。カーボンナノチューブは，端部の曲率半径を数〜数十ｎｍ程度と極めて微細にすることが好ましく，１〜１０Ｖ／μｍ程度の低電界でも電子を良好に放出する，理想的な電子放出源となる。電子放出部２８の形状は，例えば，コーン形，ウェッジ形，薄膜フィルムエッジ形など多様な形状に形成することもできる。
【００３７】
ゲート電極２６および絶縁層２５には，電子放出部２８をカソード電極２４上に形成するための空間と電界放出のための空間であるゲートホール２７が形成される。ここで，絶縁層２５に形成されるホールを，ゲート電極２６に形成されるホールとともにゲートホール２７とする。
【００３８】
第２基板２２に形成されたアノード電極３０は，例えば，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ；酸化インジウム・酸化スズ）など，光透過率に優れた透明電極で形成される。
【００３９】
第２基板２２に形成される蛍光膜３２は，図１に示すように，カソード電極２４の幅方向（図１のＸ軸方向）に赤色蛍光膜３２Ｒ，緑色蛍光膜３２Ｇ，青色蛍光膜３２Ｂが所定の間隔で順次交互に配列されてなる。また，それぞれの蛍光膜３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ間には，コントラスト向上のため，黒色層３３が形成される。
【００４０】
そして，蛍光膜３２と黒色層３３上には，図２に示すように，アルミニウムなどからなる金属薄膜層３４を形成することもできる。金属薄膜層３４は，耐電圧特性と輝度の向上に寄与するものである。
【００４１】
また，蛍光膜３２と黒色層３３を，第２基板２２上にＩＴＯの透明電極を形成せずに第２基板に直接形成し，その上に金属薄膜層３４を形成し，高電圧を印加して，これをアノード電極３０として機能するように構成することもできる。この場合，アノード電極３０を第２基板２２上に透明電極を用いて形成したものに比べ，高電圧を受容することができるので，画面の輝度を向上することができる。
【００４２】
このように構成される第１基板２０と第２基板２２は，カソード電極２４と蛍光膜３２が直交するように対向した状態で，所定の間隔を置いてシール物質（密封材）で接合されている。その間に形成される内部空間は，排気をして真空状態を維持する。
【００４３】
第１基板２０と第２基板２２の間隔を一定に維持するため，スペーサ３８を第１基板２０と第２基板２２間に所定の間隔で配設する。スペーサ３８は，画素の位置および電子ビームの経路を避けて配置することが好ましい。
【００４４】
第１基板２０と第２基板２２間には，多数のビーム通過孔の形成されたフォーカシング電極（図示せず）または網状のグリッドプレート（図示せず）を取り付けることもできる。これにより，電子放出部２８から放出される電子ビームの集束性能を向上させ，アノード電極３０の電界がゲート電極２６およびカソード電極２４に影響を及ぼすのを防止することができるようになる。
【００４５】
次に，図４〜図６に基づいて，本実施形態によるゲート電極構造を詳細に説明する。図４は図１のＡ部を点線に沿って切断したＡ部の拡大斜視図，図５は図４の一変形例を示す拡大斜視図，図６は図４の他の変形例を示す拡大斜視図である。
【００４６】
絶縁層２５は，図４に示すように，第１絶縁層２５ａおよび第２絶縁層２５ｂからなる。カソード電極２４上から所定の厚さ（Ｄ１）を有する第１絶縁層２５ａには，カソード電極２４の幅方向（図４のＹ軸方向）に，所望のゲートホール２７の距離に対する小径部（Ｖ１）が形成され，小径部（Ｖ１）にはゲートホール２７が少なくとも一つ以上形成される。
【００４７】
一方，ゲートホール２７の周辺部に十分な絶縁性を提供するため，第１絶縁層２５ａ上に，所定の厚さ（Ｄ２）を有する第２絶縁層２５ｂがカソード電極２４の幅方向にさらに形成される。この際，絶縁層２５上にゲート電極２６が均一な厚さで印刷される場合，ゲート電極２６は絶縁層２５の厚さに合わせて段差部２６ａ，２６ｃが形成される。この段差部２６ａ，２６ｃは傾斜部２６ｂにより連結される。このような傾斜部２６ｂで取り囲まれたゲートホール２７の空間の一部を大径部（Ｖ２）という。
【００４８】
より詳しく説明すると，大径部（Ｖ２）は，下部段差部２６ｃを一点鎖線で連結して所望のゲートホールの大きさに実質的に対応する小径部（Ｖ１）の上側に形成され，小径部（Ｖ１）の上端から次第に小径部（Ｖ１）の距離より大きくなる空間である。また，小径部（Ｖ１）は，電子放出部２８を収容するゲートホール２７の下端から第１絶縁層２５ａの上端まで所定の距離を有する空間である。ここで，「距離」とは，隣り合う部位の長さを指し，例えば，図４においては，小径部および大径部を含んでＹＺ平面に対して平行に切断した断面において，Ｙ方向の各空間部の幅（長さ）を意味する。
【００４９】
小径部（Ｖ１）は，第１絶縁層２５ａの厚さに対応する高さ（Ｈ１）を有する。小径部（Ｖ１）の高さ（Ｈ１）は大径部（Ｖ２）の高さ（Ｈ２）より小さいため，小径部（Ｖ１）には，小さなゲートホール２７が湿式食刻により形成できる（ここで，高さは電子放出部２８の上端から垂直上方に測定した値である）。
【００５０】
すなわち，絶縁層２５において，カソード電極２４上からの第１絶縁層２５ａの厚さ（Ｄ１）が最小であるとき，第１絶縁層２５ａにゲートホール２７をより小さく形成することができる。また，小径部（Ｖ１）の上端から大径部（Ｖ２）の上端までの厚さ（Ｄ２）を有する第２絶縁層２５ｂが形成され，第２絶縁層２５ｂの縁部に焼成段階で形成される傾斜部に対応して同一厚さで印刷されるゲート電極２６の傾斜部２６ｂが形成される。傾斜部２６ｂは，小径部Ｖ１の上端から大径部Ｖ２の上端までの高さ（Ｈ）を有し，大径部（Ｖ２）の側面を形成する。したがって，大径部（Ｖ２）は電子放出部２８から放出された電子ビームを傾斜部２６ｂにより集束するので，集束電極の役割をすることができる。
【００５１】
小径部（Ｖ１）に相対的に小さいゲートホール２７を形成し，電子ビームを集束することができるようにゲート電極２６の段差部２６ａ，２６ｃと傾斜部２６ｂからなる構造を形成する。このため，絶縁層２５の第１絶縁層２５ａの厚さ（Ｄ１）および第２絶縁層２５ｂの厚さ（Ｄ２）は，大径部（Ｖ２）の上端までの高さ（Ｈ２）が小径部の上端までの高さ（Ｈ１）より大きく，より好ましくはＨ２≧１．５×Ｈ１の関係を満足するように形成される。絶縁層２５は，第１絶縁層２５ａの厚さ（Ｄ１）と第２絶縁層２５ｂの厚さ（Ｄ２）の和，つまり大径部Ｖ２の上端までの高さＨ２がおよそ４μｍ以上の厚さを有するように形成することにより，十分な絶縁性を有することができる。
【００５２】
つまり，第２絶縁層２５ｂによるゲート電極２６の傾斜部２６ｂにより，隣り合う蛍光膜３２に向かって電子ビームが進行することを遮断することができるので，画素に対応する蛍光膜３２に向かって電子ビームが容易に進行できる。したがって，アノード電極３０の駆動電圧で蛍光膜３２に到達する電子ビームに対し，より低い駆動電圧下において相対的によい集束効果を得ることができる。
【００５３】
さらに，隣り合う蛍光膜３２側への電子放出が抑制されるので，コントラストを向上させることができ，色分離が著しくなる。
【００５４】
また，カソード電極２４の長手方向または幅方向への電界放出を任意に調節できるよう，ゲートホール２７は正方形，長方形，楕円などの形状に形成することが好ましい。
【００５５】
本実施形態に適用されたゲート電極構造の変形例は，図５および図６に示すように，カソード電極２４の幅方向だけでなく長手方向に第２絶縁層２５ｂが形成される。ゲート電極２６が第２絶縁層２５ｂの表面に同一厚さで印刷される場合，ゲート電極２６は絶縁層２５の厚さに合わせて段差部２６ａ，２６ｃおよび傾斜部２６ｂを形成する。このような段差部２６ａ，２６ｃおよび傾斜部２６ｂは，ゲートホールの長手方向の両端部と幅方向の両端部に共に形成される。
【００５６】
段差部２６ａ，２６ｃは，図６に示すように，カソード電極２４の幅方向と長手方向において，高さが相違するように形成することもできる。この際，絶縁層２５は，カソード電極２４上に形成された第１絶縁層２５ａと，第１絶縁層２５ａ上にカソード電極２４の幅方向に形成された第２絶縁層２５ｂと，カソード電極２４の長手方向に形成された第３絶縁層２５ｃとを含むことができる。
【００５７】
第１絶縁層２５ａに少なくとも一つ以上の小径部（Ｖ１）が形成され，小径部（Ｖ１）から上方に次第に距離が増加する大径部（Ｖ２）が段差部２６ａ，２６ｃおよび傾斜部２６ｂにより形成されることは，図４に示す構造と同様である。
【００５８】
ただし，第２基板上に形成された黒色層２２（図１参照）を，カソード電極の長手方向への電子ビームの移動を防止するために備えることができる。したがって，ゲート電極２６の段差部のうち，カソード電極の幅方向への両段差部において，絶縁層２５の第１絶縁層２５ａの厚さ（Ｄ１）および第２絶縁層２５ｂの厚さ（Ｄ２）は，大径部（Ｖ２）の上端までの高さ（Ｈ２）が小径部の上端までの高さ（Ｈ１）より大きく，より好ましくはＨ２≧１．５×Ｈ１の関係を満足するように形成される。絶縁層２５は，第１絶縁層２５ａの厚さ（Ｄ１）と第２絶縁層２５ｂの厚さ（Ｄ２）の和，つまり大径部Ｖ２の上端までの高さＨ２がおよそ４μｍ以上の厚さを有するように形成することにより，十分な絶縁性を有することができる。
【００５９】
以下に，電子放出素子の製造方法に関し，第１〜第３の実施形態について説明する。
【００６０】
（第１の実施形態）
図７は，第１の実施形態を説明したものである。
【００６１】
第１の実施形態は，図７に示すように，第１基板２０上に所定のパターンにカソード電極２４を形成し（プロセスＰ１０），カソード電極２４および第１基板２０上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層４４を形成し（プロセスＰ２０），第１絶縁層４４上に感光性絶縁ペーストを印刷して第２絶縁層４０を形成する（プロセスＰ３０）。形成しようとするゲートホール２７より大きいホールが形成されたマスクパターンにしたがって第２絶縁層４０を露光および現像して，ゲートホール２７に対応して第１絶縁層４４を部分的に露出させることで，絶縁層２５を形成する（プロセスＰ４０）。絶縁層２５上にゲート電極２６を所定のパターンに形成し（プロセスＰ５０），ゲートホール２７とほぼ同じ大きさのホールが形成されたマスクパターンにしたがってゲート電極２６および絶縁層２５を食刻してゲートホール２７を形成し（プロセスＰ６０），ゲートホール２７の内部に電子放出部２８を形成する段階（プロセスＰ７０）とを含んでなる。
【００６２】
第２絶縁層４０を露光および現像する段階（プロセスＰ４０）では，カソード電極２４の長手方向に沿って，ゲートホール２７より大きい孔パターンを食刻し，カソード電極２４の幅方向に沿っては，ゲートホール２７と同一またはほぼ同一の大きさの孔パターンを食刻する。
【００６３】
絶縁層２５を形成することにより，第１絶縁層４４は，カソード電極２４の長手方向に沿ってゲートホール２７の両端部に隣接し，露出したままで維持される。また，カソード電極２４の幅方向に沿ってゲートホール２７の両端部に隣接して第２絶縁層４０が存在する状態であるので，絶縁層２５の厚さを互いに異なるように形成することができる。感光性ペーストからなった第２絶縁層４０の現像は，例えば，Ｎａ２ＣＯ３の０．４％溶液などで行う。
【００６４】
ゲート電極２６は薄膜で形成し，金属をスパッタリング法などで形成する。カソード電極２４の厚さは，およそ１０００〜３０００Åの範囲で設定し，抵抗値などを考慮してそれ以上の厚さに形成することもできる。
【００６５】
カソード電極２４は，大面積に製作するときは，抵抗を低くするため，バス電極として白金，銀，アルミニウムなどの低抵抗金属を共に積層して使用することもできる。
【００６６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は，図８に示すように，第１基板２０上に所定のパターンにカソード電極２４を形成し（プロセスＰ１０），カソード電極２４および第１基板２０上に非感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層４０を形成する（プロセスＰ２１）。形成しようとするゲートホール２７より大きいマスクパターンにしたがって第１絶縁層４０を露光および現像して，ゲートホール２７に対応してカソード電極２４を部分的に露出させ（プロセスＰ４１），第１絶縁層４０を焼成して側面を傾斜面に形成し（プロセスＰ４２），第１絶縁層４０およびカソード電極２４上に非感光性絶縁ペーストを印刷して絶縁層２５を形成する（プロセスＰ４３）。絶縁層２５上にゲートを印刷して絶縁層２５を形成し（プロセスＰ４３），絶縁層２５上にゲート電極２６を所定のパターンに形成する（プロセスＰ５０）。ゲートホール２７に対応する大きさの孔が形成されたマスクパターンにしたがってゲート電極２６および絶縁層２５を食刻してゲートホール２７を形成し（プロセスＰ６０），ゲートホール２７の内部に電子放出部２８を形成する段階（プロセスＰ７０）とを含んでなる。
【００６７】
第１絶縁層４０およびカソード電極２４上に印刷する非感光性絶縁ペーストは，第１絶縁層４０を形成する感光性絶縁ペーストより焼成温度がおよそ５０℃以上低い材料を使用することが，下部の第１絶縁層４０に形成したパターンが維持されるので好ましい。
【００６８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は，図９に示すように，第１基板２０上に所定のパターンにカソード電極２４を形成し（プロセスＰ１０），カソード電極２４および第１基板２０上に感光性絶縁ペーストを印刷して第１絶縁層４４を形成する（プロセスＰ２０）。形成しようとするゲートホール２７より大きい孔が形成されたマスクパターンにしたがって第１絶縁層４４を露光および現像して，ゲートホール２７に対応する孔パターンを形成してカソード電極２４を部分的に露出させ（プロセスＰ４２），第１絶縁層４４およびカソード電極２４上に非感光性絶縁ペーストを印刷して絶縁層２５を形成する（プロセスＰ４３）。絶縁層２５上にゲート電極２６を所定のパターンに形成し（プロセスＰ５０），ゲートホール２７に対応する大きさの孔が形成されたマスクパターンにしたがってゲート電極２６および絶縁層２５を食刻してゲートホール２７を形成し（プロセスＰ６０），ゲートホール２７の内部に電子放出部２８を形成する段階（プロセスＰ７０）とを含んでなる。
【００６９】
第１絶縁層４４およびカソード電極２４上に印刷する非感光性絶縁ペーストは，上部の第１絶縁層４４を形成する感光性絶縁ペーストより焼成温度がおよそ５０℃以上低い材料を使用することが，下部の第１絶縁層４４に形成したパターンが維持されるので好ましい。
【００７０】
第３の実施形態による電子放出素子の製造方法において，前述した段階のほかには，第１および第２の実施形態と同様な段階で実施することができるので，その詳細な説明は省略する。
【００７１】
以上説明したように，本発明によれば，絶縁層を厚く形成して素子の絶縁特性を向上させながら，ゲートホールを小さく形成することが可能である。また，ゲート電極の構造を改善して，電子放出部から放出される電子ビームを集束することによって，所望の発光部のみを発光させることが可能となる。
【００７２】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は，電子放出素子に適用可能であり，特に厚い絶縁層にゲートホールを小さく形成することができ，電子放出素子から放出される電子ビームを集束することができるゲート電極の構造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本実施形態による電子放出素子を示す部分拡大斜視図である。
【図２】本実施形態による電子放出素子を示す部分拡大断面図である。
【図３】本実施形態による電子放出素子を示す部分拡大平面図である。
【図４】図１のＡ部を点線に沿って切断したＡ部拡大斜視図である。
【図５】図４の一変形例を示す拡大斜視図である。
【図６】図４の他の変形例を示す拡大斜視図である。
【図７】第１の実施形態による電子放出素子の製造方法を示す工程図である。
【図８】第２の実施形態による電子放出素子の製造方法を示す工程図である。
【図９】第３の実施形態による電子放出素子の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００７５】
２０            第１基板
２２            第２基板
２４            カソード電極
２５            絶縁層
２５ａ          第１絶縁層
２５ｂ          第２絶縁層
２６            ゲート電極
２６ａ，２６ｃ  段差部
２６ｂ          傾斜部
２７            ゲートホール
２８            電子放出部
３０            アノード電極
３２            蛍光膜
３３            黒色層
３４            金属薄膜層
３８            スペーサ
【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】
2005340159.tif 000009
【図８】
2005340159.tif 000010
【図９】
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