(57)【要約】【課題】電子放出を適切に行うことが可能である電子放出素子、およびこれを用いた電界放出型ディスプレイを提供すること。【解決手段】基板１Ａと、基板１Ａ上に形成されたカソード電極２と、カソード電極２上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、孔３ａに収容され、かつカソード電極２上に形成された電子放出源５と、を備える電子放出素子Ａ１であって、電子放出源５は、カソード電極２上に形成された金属体５１と、この金属体５１上に形成された金属触媒層５２と、この金属触媒層５２上に形成されたカーボン繊維５３と、を具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成されたカソード電極と、
上記カソード電極上に形成された絶縁層と、
上記絶縁層上に形成されたゲート電極と、
上記絶縁層および上記ゲート電極を貫通する孔に収容され、かつ上記カソード電極上に形成された電子放出源と、を備える電子放出素子であって、
上記電子放出源は、上記カソード電極上に形成された金属体と、この金属体上に形成された金属触媒層と、この金属触媒層上に形成されたカーボン繊維と、を具備していることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
上記金属体は、上記基板の面内方向における中央部が上記基板から離間する方向に突出している、請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
上記金属体は、ＣｒまたはＭｏからなり、
上記金属触媒層は、鉄化合物、インバー合金、またはステンレスからなる、請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の電子放出素子と、
上記基板に対向する追加の基板と、
上記追加の基板に形成されたアノード電極と、
上記アノード電極上に形成された蛍光体膜と、を備えることを特徴とする、電界放出型ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、およびこれを用いた電界放出型ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来の電子放出素子の一例を示している。同図に示された電子放出素子Ｘは、基板９１、カソード電極９２、絶縁層９３、ゲート電極９４、および電子放出源９５を備えている。カソード電極９２は、たとえば金属膜に対してパターン形成が施されたものであり、基板９１上に形成されている。絶縁層９３およびゲート電極９４は、カソード電極９２上に積層されている。絶縁層９３およびゲート電極９４には、それぞれ孔９３ａ，９４ａが形成されている。孔９３ａ内には、電子放出源９５が収容されている。電子放出源９５は、カソード電極９２上に形成されており、金属触媒層９５ａとカーボン繊維９５ｂとからなる。電子放出源９５は、ゲート電極９４との間のゲート電圧により、カーボン繊維９５ｂの先端から図中上方へと電子を放出するためのものである。たとえば電界放出型ディスプレイでは、放出された電子は、電子放出素子Ｘに対向するアノード電極（図示略）へと向かう。この電子が、蛍光体膜（図示略）に衝突すると、この蛍光体膜の材質に応じた色の光が発せられる。この発光を画素ごとに行うことにより、画像の表示が実現されている。
【０００３】
しかしながら、電子放出源９５から適切に電子放出させるには、電子放出源９５の形状を工夫することが必要である。たとえば電子放出素子Ｘにおいては、電子放出源９５の中央部分を高くすることにより、比較的低い電圧で電子放出を行うことが指向されている。このため、カーボン繊維９５ｂのうち中央寄りにあるものは、周囲にあるものよりも長さが長い。カーボン繊維９５ｂのうち任意の領域にあるものを長く仕上げることは容易ではない。また、カーボン繊維９５ｂの長さが長いほど、製造工程における長さの不均一を生じやすい。さらに、カーボン繊維９５ｂが長いと、その部分の電気抵抗が大きくなってしまう。このように、従来の電子放出素子Ｘにおいては、電子放出源９５を電子放出に適した形状とすることが困難であった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２６６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、電子放出を適切に行うことが可能である電子放出素子、およびこれを用いた電界放出型ディスプレイを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供される電子放出素子は、基板と、上記基板上に形成されたカソード電極と、上記カソード電極上に形成された絶縁層と、上記絶縁層上に形成されたゲート電極と、上記絶縁層および上記ゲート電極を貫通する孔に収容され、かつ上記カソード電極上に形成された電子放出源と、を備える電子放出素子であって、上記電子放出源は、上記カソード電極上に形成された金属体と、この金属体上に形成された金属触媒層と、この金属触媒層上に形成されたカーボン繊維と、を具備していることを特徴としている。
【０００７】
このような構成によれば、上記金属体の形状を所望の形状に仕上げることにより、上記電子放出源の形状を調整することが可能である。このため、上記カーボン繊維の長さを比較的短く、しかも均一な長さとすることが可能である。上記カーボン繊維の長さが短いほど低抵抗化を図ることが可能である。したがって、上記電子放出素子からの電子放出を効率よく行うことができる。また、上記カーボン繊維の長さが均一であれば、上記カーボン繊維のうち予期せぬ部分から不当な方向に電子が放出されることを抑制することができる。さらに、上記カーボン繊維の長さが短いと、電子放出を繰り返しても損傷を受けることを抑制するのに有利である。上記電子放出源の高さを電子放出に適した高さとするために、上記金属体の高さを高くする一方、上記金属体の幅寸法を小さくすることも自在である。これにより、上記電子放出源の幅寸法が小さくなり、複数の上記電子放出源の配列密度を高めることが可能である。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記金属体は、上記基板の面内方向における中央部が上記基板から離間する方向に突出している。このような構成によれば、この突出した部分にある上記カーボン繊維から電子放出を積極的に行うことが可能である。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記金属体は、ＣｒまたはＭｏからなり、上記金属触媒層は、鉄化合物、インバー合金、またはステンレスからなる。このような構成によれば、上記金属体と上記カソード電極との間にいわゆるオーミックコンタクトを形成するのに適している。また、上記金属体上への上記金属触媒層の形成を容易に行うことができる。
【００１０】
本発明の第２の側面によって提供される電界放出型ディスプレイは、本発明の第１の側面に係る電子放出素子と、上記基板に対向する追加の基板と、上記追加の基板に形成されたアノード電極と、上記アノード電極上に形成された蛍光体膜と、を備えることを特徴としている。このような構成によれば、上記電界放出型ディスプレイの高輝度化あるいは省電力化を図ることができる。
【００１１】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る電子放出素子の第１実施形態を示している。本実施形態の電子放出素子Ａ１は、基板１Ａ、カソード電極２、絶縁層３、ゲート電極４、および電子放出源５を具備して構成されている。
【００１４】
基板１Ａは、たとえばガラス製の矩形状板であり、カソード電極２、絶縁層３、ゲート電極４、および電子放出源５を支持するためのものである。
【００１５】
カソード電極２は、基板１Ａ上に形成されており、たとえばＡｕの薄膜に対してパターン形成を施したものである。カソード電極２は、後述するように、複数の電子放出源５に対してパッシブマトリクス方式による駆動が可能となるように構成されている。
【００１６】
絶縁層３は、カソード電極２とゲート電極４とを絶縁するためのものであり、たとえばＳｉＯ2酸化膜である。絶縁層３には、厚さ方向に貫通する孔３ａが形成されている。
【００１７】
ゲート電極４は、たとえばＣｒ，Ｍｏ，Ｎｂなどの薄膜からなり、絶縁層３上に形成されている。ゲート電極４には、厚さ方向に貫通する孔４ａが形成されている。孔４ａは、絶縁層３の孔３ａと繋がっている。
【００１８】
電子放出源５は、ゲート電極４との間のゲート電圧により、その先端から電子を放出するためのものである。電子放出源５は、カソード電極２上に形成されており、孔３ａ内に収容されている。電子放出源５は、金属体５１、金属触媒層５２、およびカーボン繊維５３を具備して構成されている。
【００１９】
金属体５１は、カソード電極２上に形成されており、たとえばＣｒまたはＭｏからなる。本実施形態においては、金属体５１は、中央部が図中上方に突出した山形状とされている。
【００２０】
金属触媒層５２は、カーボン繊維５３の形成を促進するためのものである。金属触媒層５２は、金属体５１を覆っており、たとえば、鉄化合物により形成されている。金属触媒層５２の材質としては、インバー合金またはステンレスを用いてもよい。
【００２１】
カーボン繊維５３は、その先端から電子を放出するためのものである。カーボン繊維５３は、金属触媒層５２上に林立しており、例えばカーボンナノチューブからなる。
【００２２】
電子放出源５の各部の具体的寸法の一例を挙げると、金属体５１は、直径３〜５μｍ、その高さが１〜２μｍ程度である。金属触媒層５２は、その厚さが３〜５ｎｍ程度である。カーボン繊維５３は、その直径が３０〜５０ｎｍ程度、その長さが０．５〜１．０μｍ程度である。これらの寸法は、カーボン繊維５３からゲート電極４までの距離が１．０〜１．５μｍ程度となるように決定される。また、カーボン繊維５３は、その長さがほぼ均一とされている。
【００２３】
図２は、電子放出素子Ａ１が用いられた電界放出型ディスプレイの一例を示している。同図に示された電界放出型ディスプレイＢは、電子放出素子Ａ１に加えて、基板１Ｂ、アノード電極６、および蛍光体膜７を備えている。図示されたように、電子放出素子Ａ１は、複数の電子放出源５を備えている。これらの電子放出源５は、マトリクス状に配置されている。複数の電子放出源５は、パターン形成されたカソード電極２を介してパッシブマトリクス方式により駆動される。１つずつまたは所定数ずつの電子放出源５によって１つの画素が構成されている。電界放出型ディスプレイＢにおいては、たとえば６４０×４８０個の画素によって構成された画像を表示可能とされている。
【００２４】
基板１Ｂは、たとえばガラス製の矩形状板であり、基板１Ａと対向している。基板１Ａ，１Ｂの間の領域は、シール部材８によりその気圧が１０-5Ｐａ程度の真空状態に気密されている。カソード電極２が形成された基板１Ａは、カソード基板と呼ばれる。アノード電極６が形成された基板１Ｂは、アノード基板と呼ばれる。
【００２５】
アノード電極６は、電子放出源５との間に電圧を印加することにより、電子放出源５から放出された電子をゲート電極４の孔４ａを超えて図中上方へと向かわせるためのものである。アノード電極６は、基板１Ｂの図中下面に形成されており、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極である。
【００２６】
蛍光体膜７は、電子放出源５から向かってきた電子が衝突することにより光を発するためのものであり、アノード電極６上に形成されている。蛍光体膜７には、たとえばＳｒＴｉＯ3：Ｐｒなどからなる赤色発光用、Ｚｎ（Ｇａ，Ａｌ）2Ｏ4：Ｍｎなどからなる緑色発光用、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅなどからなる青色発光用がある。
【００２７】
次に、電子放出素子Ａ１の製造方法について以下に説明する。
【００２８】
まず、図３に示すように、基板１Ａを用意する。この基板１Ａ上にカソード電極２、絶縁層３、およびゲート電極４を積層する。カソード電極２の形成は、たとえばＡｕの薄膜に対してパターン形成を施すことにより行う。カソード電極２上に、たとえばスパッタ法を用いてＳｉＯ2層およびＣｒ層を積層する。このＣｒ層に対して配線を作り込むためのパターン形成を施した後に、これらのＳｉＯ2層およびＣｒ層に対してたとえばエッチングを施す。このエッチングによって孔３ａ，４ａを形成する。そして、たとえばスパッタ法を用いてＣｒまたはＭｏからなる金属層５１Ａを形成する。
【００２９】
次に、金属層５１Ａに対してたとえばエッチングを施すことにより、図４に示す金属体５１を形成する。この工程は、たとえばドライエッチングを用いて、ガス流量、ガス噴出領域、および処理時間を調整することにより、金属体５１の中央部が上方に突出する形状とする。
【００３０】
金属体５１を形成した後は、図５に示すように金属触媒層５２を形成する。金属触媒層５２の形成は、たとえば鉄化合物を用いたスパッタ法により行う。この後は、たとえばＣＯとＨ2との混合ガスを孔３ａ，４ａ内に進入させることにより、金属触媒層５２上にカーボンナノチューブを成長させる。この際、金属触媒層５２の全面に均一な長さのカーボンナノチューブを成長させる。これにより、その長さが０．５μｍ程度のカーボン繊維５３が得られる。以上の工程を経て、図１に示す電子放出素子Ａ１を製造することができる。
【００３１】
次に、電子放出素子Ａ１および電界放出型ディスプレイＢの作用について説明する。
【００３２】
本実施形態によれば、電子放出源５は、中央部分が図中上方に突出した形状となっている。このような構成は、突出部分にあるカーボン繊維５３の先端部分から電子を放出させやすい。電子放出源５をこのような形状とする手段として、金属体５１を山形状として形成することを採用している。金属体５１を山形状としておけば、金属触媒層５２およびカーボン繊維５３は、均一な厚みあるいは長さとすることが可能であり、その一部分の寸法を大とする必要が無い。本実施形態においては、カーボン繊維５３がすべて０．５μｍ程度と短いことにより、カーボン繊維５３の低抵抗化を図ることができる。したがって、電子放出源５からの電子放出を適切に行うことができる。これは、電界放出型ディスプレイＢの高輝度化あるいは省電力化を図るのに好ましい。また、カーボン繊維５３を極端に長く形成する必要が無いため、均一な長さに形成するのに適している。さらに、カーボン繊維５３の長さが比較的短いとともに均一であることは、電子放出源５が使用されることにより電子放出を繰り返しても、カーボン繊維５３が損傷することを抑制することが可能である。これは、電子放出素子Ａ１の長寿命化に有利である。
【００３３】
電子放出源５の中央部分の高さを高くするために金属体５１の中央部分を高くする一方で、金属体５１の幅寸法を比較的小さいものとすることが可能である。これにより、電子放出源５の幅寸法を小さくすることができる。したがって、図２において複数の電子放出源５の配列密度を高めるのに好適であり、電界放出型ディスプレイＢの高精細化を図ることができる。
【００３４】
金属体５１をＣｒまたはＭｏによって形成することにより、金属体５１とカソード電極２との間にいわゆるオーミックコンタクトを適切に形成することができる。したがって、電子放出源５からの電子放出を効率よく行うことができる。また、このような金属体５１には、鉄化合物などからなる金属触媒層５２を容易に形成することができる。鉄化合物などからなる金属触媒層５２によれば、カーボンナノチューブの成長を十分に促進させることが可能である。
【００３５】
図６および図７は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００３６】
図６は、本発明に係る電子放出素子の第２実施形態を示している。本実施形態の電子放出素子Ａ２は、上述した実施形態と電子放出源５の形状が異なっている。カーボン繊維５３は、その先端位置と孔４ａの端縁との距離が等しい分布とされている。この分布を達成するために、金属体５１は、その斜面が内側に反った山形状とされている。
【００３７】
このような実施形態によれば、ゲート電極４と電子放出源５との間のゲート電圧によって生じる引力が、いずれのカーボン繊維５３に対しても等しいものとなる。このため、一部のカーボン繊維５３からだけではなく、全てのカーボン繊維５３からの電子放出を促進することが可能である。したがって、電子放出素子Ａ２による電子放出の効率を高めることができる。
【００３８】
図７は、本発明に係る電子放出素子の第３実施形態を示している。本実施形態の電子放出素子Ａ３は、電子放出源５の形状が上述したいずれの実施形態とも異なっている。図示されたように、電子放出源５は、その図中上面がすり鉢状とされた円柱形状とされている。このすり鉢状の上面に、金属触媒層５２およびカーボン繊維５３が形成されている。
【００３９】
本実施形態によれば、カーボン繊維５３から放出された電子は、いずれも金属体５１の中心軸寄りに進行する。このため、放出された電子が大きく広がることなく、孔４ａを通過して図２に示すアノード電極６へと向かう。したがって、放出された電子のうちより多くの電子を蛍光体膜７へと衝突させることが可能であり、たとえば電界放出型ディスプレイＢの輝度を向上させるのに適している。
【００４０】
本発明に係る電子放出素子および電界放出型ディスプレイは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電子放出素子および電界放出型ディスプレイの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る電子放出素子の第１実施形態を示す要部断面図である。
【図２】本発明に係る電界放出型ディスプレイの一例を示す断面図である。
【図３】図１に示す電子放出素子の製造工程において、金属層が形成された状態を示す要部断面図である。
【図４】図１に示す電子放出素子の製造工程において、金属体を形成する工程を示す要部断面図である。
【図５】図１に示す電子放出素子の製造工程において、金属触媒層を形成する工程を示す要部断面図である。
【図６】本発明に係る電子放出素子の第２実施形態を示す要部断面図である。
【図７】本発明に係る電子放出素子の第３実施形態を示す要部断面図である。
【図８】従来の電子放出素子の一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ１，Ａ２，Ａ３  電子放出素子
Ｂ      電界放出型ディスプレイ
１Ａ，１Ｂ  基板
２      カソード電極
３      絶縁層
４      ゲート電極
５      電子放出源
６      アノード電極
７      蛍光体膜
５１    金属体
５２    金属触媒層
５３    カーボン繊維
【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】
2007172925.tif 000008
【図７】
2007172925.tif 000009
【図８】
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