(57)【要約】【課題】低電圧で電子を放出できる電子放出素子を提供することを目的とする。【解決手段】電子放出素子は、基体と、基体の上に配置された第一の電極と、前記第一の電極上に設けられた電子放出部材と、前記第一の電極と間隔Ｈを有して基体の上方に配置され、かつ、前記電子放出部材の少なくとも一部を露出する開口を有する第二の電極と、を有する電子放出素子であって、第二の電極の面積が開口の面積の４倍以上であり、間隔Ｈと開口の幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが、０．０７以上０．６以下である。【選択図】図１
2007250247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）第一の電極と、（Ｂ）前記第一の電極上に設けられた電子放出膜と、（Ｃ）前記電子放出膜と間隔Ｈを隔てて前記電子放出膜の上方に設けられ、かつ、前記電子放出膜の少なくとも一部を露出する開口を備える第二の電極と、を有する電子放出素子であって、
前記第二の電極の面積が前記開口の面積の４倍以上であり、
前記間隔Ｈと前記開口の幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが、０．０７以上０．６以下であること
を特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
（Ａ）第一の電極と、（Ｂ）前記第一の電極上に設けられた複数の電子放出体と、（Ｃ）前記第一の電極と間隔Ｈを隔てて前記第一の電極の上方に設けられ、かつ、前記第一の電極の少なくとも一部と前記複数の電子放出体の少なくとも一部とを露出する開口を備える第二の電極と、を有する電子放出素子であって、
前記第二の電極の面積が前記開口の面積の４倍以上であり、
前記間隔Ｈと前記開口の幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが、０．０７以上０．６以下であること
を特徴とする電子放出素子。
【請求項３】
前記第一の電極と前記第二の電極の間に絶縁層を更に有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記間隔Ｈと開口の幅Ｗの比Ｈ／Ｗが０．２以上０．３６以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記開口は円形であり、
開口の直径である幅Ｗと前記第二の電極の開口の周囲の幅Ｗ’’との関係が
Ｗ’’＞（５１／２−１）／２×Ｗ
であ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】
前記開口は楕円形であり、
開口の長直径ａ、短直径Ｗと前記第二の電極の開口の周囲の幅Ｗ’’との関係が
Ｗ’’＞ ０．２５×{−（ａ＋Ｗ）＋ （ａ２＋Ｗ２＋１８ａＷ）１/２}
であ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７】
前記開口は長方形であり、
開口の長手方向の長さＮと短手方向の幅Ｗと前記第二の電極の開口の周囲の幅Ｗ’’との関係が
Ｗ’’＞０．２５×｛（（Ｎ＋Ｗ）２＋１６Ｗ×Ｎ）１／２−（Ｗ＋Ｎ）｝
であ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８】
前記開口は正方形であり、
開口の一辺の幅Ｗと前記第二の電極の開口の周囲の幅Ｗ’’との関係が
Ｗ’’＞０．２５×｛（２０Ｗ２）１／２−２Ｗ｝
であ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９】
前記電子放出部材は、炭素または炭素化合物を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記炭素または炭素化合物は、ダイヤモンドライクカーボン、グラファイト、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、及びフラーレンのうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子。
【請求項１１】
複数の電子放出素子と、複数の電子放出素子を共通に接続する配線とを含む電子源であって、前記電子放出素子が請求項１〜１０のいずれかに記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電子源と、
前記電子源に対向する第三の電極と、
第三の電極側に配置された発光体と、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像表示装置と、
テレビ信号を受信して前記画像表示装置に画像データを出力する受信回路と、
を有することを特徴とするテレビジョン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、電子源、画像表示装置、及びテレビジョン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属に対し１０６Ｖ／ｃｍ以上の強電界をかけて金属表面から電子を放出させる電界放出型（ＦＥ型）電子放出素子が注目されている。
【０００３】
図１５はＦＥ型電子放出素子の例を示すスピント型電子放出素子の模式図である。図１５において、スピント型電子放出素子は、基板１１１、ゲート電極１１２、カソード電極１１３、絶縁層１１４、エミッタ１１５から構成される。スピント型電子放出素子は、エミッタ１１５に対してゲート電極に正の電圧を印加すると、先鋭化されたエミッタ１１５の先端に電界集中が起こり、電子を放出する。
【０００４】
その他の構造として、特許文献１（特開平９−２２１３０９号公報）は、エミッタに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電子放出素子を開示する。特許文献２（特開２０００−３５３４６７号公報）は、ダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いた電子放出素子を開示する。図１６は、エミッタ電極２１１に対向する電極２１２へ適当な正の電位を与え、電子放出を行なわせる電子放出素子を示す図である。
【０００５】
また、特許文献３及び４はカーボンナノチューブを細孔内に形成した電子放出素子を開示する。図１７はカーボンナノチューブ３１５を細孔内に形成した例を示す図である（特許文献４）。
【特許文献１】特開平９−２２１３０９号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３４６７号公報
【特許文献３】特開平１０−１２１２４号公報
【特許文献４】特開２０００−８６２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の電子放出素子においては、電子放出素子の駆動電圧の低電圧化に課題があった。
【０００７】
本発明は、低い駆動電圧（変調電圧）で電子放出の制御を行なえる電子放出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は上記目的を達成するため、基体と、基体の上に配置された第一の電極と、前記第一の電極上に設けられた電子放出部材と、前記第一の電極と間隔Ｈを有して基体の上方に配置され、かつ、前記電子放出部材の少なくとも一部を露出する開口を有する第二の電極と、を有する電子放出素子であって、第二の電極の面積が開口の面積の４倍以上であり、間隔Ｈと開口の幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが、０．０７以上０．６以下であることを特徴とする。
【０００９】
（２）また、本発明は、基体と、基体の上に配置された第一の電極と、前記第一の電極上に設けられた電子放出部材と、前記電子放出部材と間隔Ｈを有して基体の上方に配置され、かつ、前記電子放出部材の少なくとも一部を露出する開口を有する第二の電極と、を
有する電子放出素子であって、第二の電極の面積が開口の面積の４倍以上であり、間隔Ｈと開口の幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが、０．０７以上０．６以下であることを特徴とする。
【００１０】
（３）また、本発明の電子源は、複数の電子放出素子と、複数の電子放出素子を共通に接続する配線とを含む電子源であって、電子放出素子が（１）または（２）に記載の電子放出素子であることを特徴とする。
【００１１】
（４）また、本発明の画像表示装置は、（３）に記載の電子源と、電子源に対向する第三の電極と、第三の電極側に配置された発光体と、を有することを特徴とする。
【００１２】
（５）また、本発明のテレビジョン装置は、（４）に記載の画像表示装置と、テレビ信号を受信して画像表示装置に画像データを出力する受信回路と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低い駆動電圧（変調電圧）で電子を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨のものではない。
【００１５】
（テレビジョン装置の実施の形態）
まず、図１３を用いて、本発明の電子放出素子が適用可能な画像表示装置の典型例である、テレビジョン装置について説明する。図１３は、本発明に係るテレビジョン装置のブロック図である。テレビジョン装置は、セットトップボックス（ＳＴＢ）５０１と、画像表示装置５０２と、を備える。
【００１６】
セットトップボックス（ＳＴＢ）５０１は、受信回路５０３およびＩ／Ｆ部５０４を有する。受信回路５０３は、チューナーやデコーダ等からなり、衛星放送や地上波等のテレビ信号、ネットワークを介したデータ放送等を受信し、復号化した映像データをＩ／Ｆ部５０４に出力する。Ｉ／Ｆ部５０４は、映像データを画像表示装置５０２の表示フォーマットに変換して画像表示装置５０２に画像データを出力する。
【００１７】
画像表示装置５０２は、表示パネル２００、制御回路５０５、駆動回路５０６を有する。画像表示装置５０２に含まれる制御回路５０５は、入力した画像データに表示パネル２００に適した補正処理等の画像処理を施すともに、駆動回路５０６に画像データ及び各種制御信号を出力する。制御回路５０５は、一例として図１４におけるタイミング発生回路４０４が挙げられる。駆動回路５０６は、入力された画像データに基づいて、表示パネル２００に駆動信号を出力し、表示パネル２００上にはテレビ映像が表示されることとなる。駆動回路５０６は、一例として図１４における変調回路４０２や走査回路４０３が挙げられる。表示パネル２００は、以下の実施形態では図１４に示すように電子源４０１を例に挙げる。
【００１８】
なお、受信回路５０３とＩ／Ｆ部５０４は、セットトップボックス（ＳＴＢ）５０１として画像表示装置５０２とは別の筐体に収められていてもよいし、また画像表示装置５０２と同一の筐体に収められていてもよい。
【００１９】
図１４は、図１３に示した表示パネル２００が備える電子源４０１を駆動するための駆
動回路の一例である。駆動回路は、変調回路４０２、走査回路４０３、タイミング発生回路４０４、データ変換回路４０５、マルチ電源回路４０７および走査電源回路４０８を有する。
【００２０】
電子源４０１は、後述する本発明の電子放出素子１００１を複数配列することで構成されている。なお、電子放出素子１００１が放出する電子が、電子源４０１に対向するように配置された発光体に照射されることで光が生じる。この光の集合で画像が表示される。光の明るさは電子放出素子からの電子の照射量で制御することができる。電子放出素子からの電子の照射量は電子放出素子に印加される電圧の大きさや印加時間によって制御できる。従って、走査回路４０３から出力される走査信号の電位と変調回路４０２から出力される変調信号の電位との電位差を制御したり、走査信号印加期間内の変調信号の印加時間を制御することで、所望の電子放出量を制御することができる。
【００２１】
電子源４０１は、複数の電子放出素子１００１をマトリックス駆動できるように、複数の走査配線１００２と複数の変調配線１００３とを有している。この走査配線１００２に前記走査信号が印加され、変調配線１００３に変調信号が印加される。
【００２２】
変調回路４０２は、電子源４０１の変調配線である列方向配線１００３に接続されている。この変調回路４０２には、ＰＨＭ（Pulse Height Modulation）データとパルス幅デ
ータ（タイミングデータ）であるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）データとがそれぞれ入力される。変調回路４０２には、出力回路としてのデータ変換回路４０５によりＰＨＭデータとＰＷＭデータとが入力される。変調回路４０２は入力された変調データに応じて変調信号を発生させる回路である。変調回路４０２は、データ変換回路４０５から入力された変調データに基づいて変調した変調信号を、複数の電子放出素子のそれぞれに接続する列方向配線１００３に与える、変調手段として機能する。
【００２３】
走査回路４０３は、電子源４０１の走査配線である行方向配線１００２に接続されている。駆動されるべき電子放出素子が接続される走査配線１００２に選択信号（走査信号）を供給する回路である。一般的には、一行ずつ、順次走査配線を選択する、線順次走査が行われるが、これに限定されるものではなく、飛び越し走査や複数行を同時に選択したりすることも可能である。すなわち、走査回路４０３は、電子源４０１に含まれる複数の電子放出素子のうち駆動対象となる複数の電子放出素子が接続される行方向配線に対して所定時間に選択電位を与え、それ以外の時間に非選択電位を与えて、行選択をする選択手段として機能する。
【００２４】
タイミング発生回路４０４は、変調回路４０２、走査回路４０３およびデータ変換回路４０５のタイミング信号を発生する回路である。
【００２５】
データ変換回路４０５は、外部から電子源４０１に要求する明るさを示す階調データ（輝度データ）を変調回路４０２に適した駆動波形データフォーマットに変換するデータ変換を行なう回路である。
【００２６】
以下に、上記したテレビジョン装置などの画像表示装置に好適に用いることができる本発明の電子放出素子の形態例を説明する。
【００２７】
（第一の電子放出素子の実施形態）
図１は、第一の実施形態に関わる電子放出素子の構成を示す模式図である。図１（ａ）は概略断面図を示し、図１（ｂ）は概略平面図を示す。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ‘線での断面図である。
【００２８】
図１において、電子放出素子は、基板１（本発明の「基体」に相当）、カソード電極である第一の電極２、ゲート電極である第二の電極３、第一の電極２と第二の電極３の間に設けた絶縁層４、電子を放出する電子放出部材５から構成される。ここで説明する形態では、第二の電極３の開口は円形であり、開口の幅（円の直径）はＷである。そして、アノード電極である第三の電極６は、電子放出素子の第二の電極３と距離ｈをおいて配置されている。第一の電極２には走査回路４０３から出力された選択信号が印加される。また、第二の電極３には変調回路４０２から出力された変調信号が印加される。この形態例では、電子放出部材５が、第２の電極３に設けられた開口の直下にのみ配置された例である。換言すると、電子放出部材５が実質的に開口の正射影の範囲内に配置された例である。尚、電子放出部材５は、開口の正射影の範囲よりも内側に配置されていてもよい。
【００２９】
ここで、第二の電極３は、基板１の上に配置された第一の電極２と間隔Ｈを有して基板１の上方に配置されている。第一の電極２上に設けられた電子放出部材５は、第二の電極３に設けられた開口により露出されている。本実施形態では、第一の電極２と第二の電極３の間に絶縁層４が設けられており、絶縁層４の厚さがＨに相当する。そして、図１に示した例では、絶縁層４は、第二の電極３の開口と連通し、第二の電極３の開口と実質的に同じ直径を備える開口を有している。
【００３０】
尚、絶縁層４の開口の直径と第二の電極３の開口の直径とは必ずしも同一である必要はない。この様に、本発明の電子放出素子では、第二の電極３の開口と絶縁層４の開口とが連通した形態の電子放出素子を、第二の電極３と絶縁層４とを貫通する開口を備えた電子放出素子と言い表す事ができる。そして電子放出部材５は、絶縁層４の開口と第二電極３の開口とで規定される開口の内部に配置されていると言い表すことができる。
【００３１】
尚、本実施形態を含め、本発明の電子放出素子において絶縁層４は必須ではないが、電子放出部材５から放出された電子のうち、第二の電極３に到達する電子の量を抑制するためにも、絶縁層４を設けることが好ましい。
【００３２】
ここで、開口の直下に位置する第一の電極２の面積（「第２の電極３の開口面積」と換言することもできる）をＳｃとし、第二の電極３の面積をＳｇとする。本実施形態の電子放出素子は、第二の電極３の面積Ｓｇが開口の面積Ｓｃの４倍以上であり、間隔Ｈと開口の幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが、０．０７以上０．６以下である。このような関係を満たす電子放出素子では、Ｏｎ状態とＯｆｆ状態を制御する変調電圧を十分に小さくできる。尚、Ｓｃ、Ｓｇは、図１（ａ）に示すアノード６側から第二電極を見た際の面積（即ち、図１（ｂ）のような上面図における面積）に相当する。
【００３３】
尚、本実施形態例に限らず、本発明の電子放出素子では、第２の電極３の開口の形状は、上述した円形だけでなく、所望の形状を採用することができる。例えば、開口の形状は正方形や長方形や多角形や楕円形であってもよい。開口が楕円形の場合は、楕円の短直径がＷに相当する。
【００３４】
また、開口が長方形の場合は、第２の電極３の開口の短手方向の寸法を「開口の幅」とよび、長手方向の寸法を「開口の長さ」とよぶ。楕円形の場合は、短径の寸法（短直径）を「開口の幅」とよび、長径の寸法（長直径）を「開口の長さ」とよぶことができる。そして「開口の幅」が上記Ｗに相当する。
【００３５】
（第二の電子放出素子の実施形態）
図２は、本実施形態に関わる電子放出素子の構成を示す模式図である。図２（ａ）は概略断面図を示し、図２（ｂ）は概略平面図を示す。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ‘線での断面図である。図２に示す電子放出素子は長方形である。尚、開口の幅（短辺方向
の寸法に相当）はＷである。開口が正方形のとき一辺の長さ（幅）がＷとなる。尚、開口の形状は、第一の実施形態の電子放出素子と同様に、円形や楕円形などでも良い。
【００３６】
図２において、図１で示した部材と同じ部材には同じ符号をつけ、異なる部分についての説明を除いて、同じ部材についての詳細な説明は省略する。本実施形態の電子放出素子も、第一の電極２には走査回路４０３から出力された選択信号が印加され、第二の電極３には変調回路４０２から出力された変調信号が印加される。第二の実施形態例が第１の実施形態例と最も異なる部分は、電子放出部材５が第２の電極３に設けられた開口の直下だけでなく第２の電極３の下（絶縁層４の下）にまで延在している点にある。即ち、第二の実施形態例では、電子放出部材５を実質的に開口の正射影の範囲内だけでなく開口の正射影の範囲外にまで配置している。
【００３７】
ここで、第二の電極は、第一の電極の上に配置された電子放出部材５と間隔Ｈを有して基板の上方に配置されている。第一の電極上に設けられた電子放出部材５は、第二の電極に設けられた開口により露出されている。図２で示した例では、電子放出部材５と第二の電極との間に絶縁層４が設けられており、絶縁層４の厚さが上記Ｈに相当する。尚、図２で示した電子放出素子は、第二の電極３と絶縁層４とを貫通する開口を備えた電子放出素子であるが、本発明の電子放出素子では第１の実施形態で述べたように、絶縁層４は必ずしも必要でない。
【００３８】
しかし、本実施形態のように、第二の電極３の直下に電子放出部材５が配置される場合には、第１の実施形態の電子放出素子よりも、電子放出部材５から第二電極３に流れ込む電子が問題となる。そのため、第二電極３の直下の電子放出部材５を絶縁層４で覆う構成とする事が好ましい。
【００３９】
本実施形態の電子放出素子においても、第二の電極３の面積をＳｇとし、第一の電極２の開口の面積（第二の電極３の開口の直下の第一の電極の面積）をＳｃとする。本実施形態の電子放出素子は、第二の電極３の面積Ｓｇが開口の面積Ｓｃの４倍以上であり、間隔Ｈと前記開口の幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが、０．０７以上０．６以下である。このように電子放出素子を作成すると、Ｏｎ状態・Ｏｆｆ状態を制御する変調電圧を小さくできる。詳しくは後述する。
【００４０】
＜間隔Ｈについて＞
第一の実施形態の電子放出素子では、第一の電極２と第二の電極３との距離を間隔Ｈと定義した。一方、第二の実施形態の電子放出素子では、電子放出部材５と第二の電極３との距離を間隔Ｈと定義した。しかし、いずれの定義を用いるかは、電子放出部材５の形態によって選択する。
【００４１】
例えば、電子放出部材５の密度が粗であり、その厚みを観念できないときは前者の定義を用いるとよい。即ち、電子放出部材５が第１の電極２上に、その密度が粗に設けられている場合は、第１の実施形態のように、Ｈは、第１の電極２と第二の電極３との間の距離（絶縁層の厚み）で定義することができる。この様な場合は、典型的には、開口直下に配置される電子放出部材５が複数の電子放出体から構成される。各々の電子放出体が、間隔を置いて（「離散的に」あるいは「分散的に」）、第一の電極２上に設けられた形態であれば、前者の定義を用いる。尚、全ての電子放出体が互いに接していない形態のみに限定されるものではない。複数の電子放出体の一部が、互いに接する場合であっても、実質的には電子放出体が分散された形態であれば、前者の定義を用いることができる。
【００４２】
この様な電子放出体としては、例えば、カーボンナノチューブなどのカーボンファイバーや導電性粒子が挙げられる。
【００４３】
即ち、このようなケースの典型的な例としては、第二電極３の開口の直下に位置する、第一電極２の表面上に多数の電子放出体が配置されており、電子放出体の周囲に第一の電極２の表面が露出している形態が挙げられる。換言すると、開口の直下に複数の電子放出体が設けられており、開口の直下の第一電極２の表面は、電子放出体で覆われている部分と覆われていない部分とを備える形態である。
【００４４】
一方、電子放出部材５の密度が密であり、膜として観念できるときは後者の定義を用いるとよい。即ち、電子放出部材５が第１の電極２上に、その密度が密に設けられている場合は、第２の実施形態の様に、Ｈは、電子放出部材５と第二の電極３との間の距離で定義することができる。換言すれば、この様な場合は、典型的には、電子放出部材５が実質的に１つの連続膜（電子放出膜）で構成される。換言すると、開口の直下に電子放出膜が設けられており、開口の直下の第一電極２の表面は、全て或いは略全て、電子放出膜で覆われている形態である。
【００４５】
第２の実施形態の電子放出素子では、第二電極３と第一電極２との間に、第二電極３の開口と連通した開口を備える絶縁層４を備えることが好ましい。そして、電子放出膜は、開口の面積よりも大きな面積を備え、開口直下だけでなく絶縁層４と第一電極２（または基板１）との間にも存在する形態であることが好ましい。この様にすれば、開口直下に電子放出膜の端部が露出しないので、電子放出膜の端部からの電子放出を抑制でき、電子ビームの広がりを抑制することができるので好ましい。
【００４６】
この様に、前者の定義を用いるか後者の定義を用いるかは、第二電極３の開口直下の領域が、実効的に、電子放出部材５で覆われているのかどうかで判断することができる。換言すると、絶縁層４の開口と第二電極３の開口とで規定される開口内に露出する部材の中で、駆動時に最も低い電位を規定する部材が第１電極２であれば、前者の定義を用いる。一方で、絶縁層４の開口と第二電極３の開口とで規定される開口内に露出する部材の中で、駆動時に最も低い電位を規定する部材が電子放出部材であれば（第１の電極が実質的に電子放出部材で覆われていれば）、後者の定義を用いる。
【００４７】
尚、上述した第１の実施形態例の電子放出素子では、前者の定義を用いたが、電子放出部材５が連続膜（電子放出膜）で構成されれば、Ｈの定義としては後者の定義を用いることになる。同様に、第２の実施形態例の電子放出素子では、後者の定義を用いたが、電子放出部材５を離散的に配置された多数の電子放出体で構成すれば、Ｈの定義としては前者の定義を用いる。
【００４８】
＜電子放出素子の駆動＞
次に、本発明の電子放出素子のＯｎ状態・Ｏｆｆ状態を制御する変調電圧について以下に説明する。
【００４９】
図３は、上述した第１の実施形態例の電子放出素子の駆動を模式的に示した図である。図３（ａ）は、電気回路に接続した電子放出素子の模式図であり、図３（ｂ）は、ゲート電圧Ｖｇ（第二の電極３の電圧）とアノード電流Ｉ１（第三の電極の電流）の関係を示している。以下、第一の電極２をカソード電極２、第二の電極３をゲート電極３、第三の電極６をアノード電極６として説明する。
【００５０】
本発明の電子放出素子は、カソード電極２に対してアノード電極６とゲート電極３に正の電圧を印加したとき、電子放出部材５から電子を放出して放出電流が得られる構造である。そのため、電子放出量は、アノード電極６とゲート電極３への電圧で制御される。この電子放出素子をディスプレイの電子源として使用する場合には、発光部材を付したアノ
ード電極６が複数の電子放出素子と対向して配置される。発光部材は電子が衝突すると発光する部材である。そして、複数の電子放出素子と対応する複数の発光部材が設けられている。典型的には、３つの異なる発光色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））を発する発光部材で１画素が形成される。発光部材としては、例えば、蛍光体を用いることができる。
【００５１】
ディスプレイの各画素の明るさ（輝度）は、発光部材へ放出する電子の放出量を制御することにより調整される。蛍光体を十分に光らせるためには、実用的には、アノード電圧を高圧電圧（より具体的には１ｋＶ以上３０ｋＶ以下）にする必要がある。そのため、アノード電圧を変調電圧として、輝度を制御することは難しい。そこで、一般的に、えゲート電極３の電圧でアノード電流を制御する方式が採用される。
【００５２】
図３（ｂ）では、アノード電流Ｉ１とゲート電圧Ｖｇの関係を示す。尚、アノード電圧Ｖａを一定にしている。アノード電流Ｉ１はゲート電圧Ｖｇによって変調される。ここで、電流Ｉｏｎは画像表示装置に求められる所定輝度（最高輝度）に対応し、電流Ｉｏｆｆは最低輝度（理想的には発光しない状態）に対応する。上記所定輝度および最低輝度を得る上でゲート電極３に印可すべきゲート電圧の最小値と最大値の差を変調電圧Ｖｓｗｉｎｇ（=Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）とよぶ。
【００５３】
変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの大きさは、アノード電圧Ｖａを変化させても、実質的に変化しない。
【００５４】
図４は、アノード電圧Ｖａを変化させたときの、アノード電流Ｉ１とゲート電圧Ｖｇの関係を示す模式図である。図４に示すように、アノード電圧を上げるとＶｏｎ及びＶｏｆｆは低電圧へシフトする。一方アノード電圧を下げるとＶｏｎ及びＶｏｆｆは高電圧へシフトする。しかし、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇ（=Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ）の大きさは実効的には
変化しない。これは、カソード電極２の表面（電子放出部材５の表面）の電界が、「アノード電圧により生じる電界」と「ゲート電圧により生じる電界」の「重ね合わせの理」で決定されるためである。つまりゲート電圧の変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの大小にアノード電圧は実効的に寄与しない。
【００５５】
本発明者は、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇを小さくするために、（１）ゲート電極３の面積Ｓｇとゲート電極の開口の面積（カソード電極の面積）Ｓｃの比（Ｓｇ/Ｓｃ）と、（２）
前述した間隔Ｈと開口の幅Ｗの比Ｈ／Ｗと、が重要なパラメータであることを見出した。尚、面積Ｓｇ、面積Ｓｃ、間隔Ｈ、幅Ｗの定義は、前述したとおりである。
【００５６】
以下の説明では、間隔Ｈを絶縁層４の厚さに相当する場合、即ち、電子放出部材５が電子放出膜で構成された場合を例にて説明する。
【００５７】
画像表示装置を発光させたときの画面の輝度ばらつきは１０％以下（０％以上）に抑制することが好ましく、そのためには、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの大きさのばらつきを１０％以下（０％以上）に抑制することで実質的に対処可能である。これを満たす条件として、本発明者は、ゲート電極３の面積Ｓｇを開口の面積Ｓｃの４倍以上とし、間隔Ｈと幅Ｗの比Ｈ／Ｗを０．０７以上０．６以下の範囲に抑えればよいことを見出した。
【００５８】
また、画面の輝度ばらつきを１％以下（０％以上）に抑制するためには、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの大きさのばらつきを１％以下（０％以上）に抑制する必要がある。これを満たす条件として、本発明者は、ゲート電極３の面積Ｓｇを開口の面積Ｓｃの４倍以上とし、間隔Ｈと幅Ｗの比Ｈ／Ｗを０．２以上０．３６以下の範囲に抑えればよいことを見出した。
【００５９】
＜変調電圧Ｖｓｗｉｎｇを低下させる構成＞
図５及び図６を用いて変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの絶対値を低減させる構成について説明する。図５は、Ｈ／Ｗを変化させた際の変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの値を示す模式図である。図５の縦軸は、Ｖｓｗｉｎｇの最小値を基準とした（１とした）相対値で示している。
【００６０】
Ｈ／Ｗが１／３となるときに、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇが最小値となる特性があることがわかる。また、Ｈ／Ｗを０．０７以上０．６以下に設定すれば、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの大きさのばらつきを１０％以下（０％以上）に抑制することができる。さらには、Ｈ／Ｗを０．２以上０．３６以下に設定すれば、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの大きさのばらつきを１％以下（０％以上）に抑制することができる。
【００６１】
ここでは、ゲート電極３の面積Ｓｇを開口の面積Ｓｃの１００倍にした場合について示しているが、ＳｇとＳｃが実用的な範囲であれば、図５に示した関係を実質的に維持する。
【００６２】
図６は、Ｓｇ／Ｓｃ（ゲート電極３の面積／開口の面積）を変化させた際の変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの値を示す模式図である。図６の縦軸は、Ｖｓｗｉｎｇの最小値を基準とした（１とした）相対値で示している。
【００６３】
図６からわかるように、Ｓｇ／Ｓｃを４以上に設定することで、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇを最小にすることができる。尚、図６に示した関係は、少なくとも、図５に示したＨ/Ｗ
の実用的な範囲内であれば、ＳｇおよびＳｃの絶対値に関わらず、再現性よく確認される。
【００６４】
従って、Ｈ／Ｗを０．０７以上０．６以下（好ましくは０．２以上０．３６以下）に設定すると同時に、Ｓｇ／Ｓｃを４以上に設定することによって、始めて変調電圧Ｖｓｗｉｎｇを十分に下げることができる。
【００６５】
尚、アノード電極６とゲート電極３との距離であるｈと、Ｈとの間には、ｈ＞Ｈ×１００という条件好適である。これは、電界近接効果と呼ばれる効果に起因する。アノード電極６とゲート電極３との距離は実用的には２００μｍ以上１００ｍｍ以下（好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下）であればよい。
【００６６】
図８〜図１０は、ゲート電極３の面積Ｓｇを開口の面積Ｓｃの４倍以上とするレイアウト例を示す一例を示す模式図である。図８及び図９は、平面図においてゲート電極３の開口が円形の場合を示している。図８は１つの電子放出素子に１つの開口が設けられた場合を示す。開口の面積Ｓｃの４倍の面積のゲート電極３を配置するには、開口を中央にするドーナツ型（平ワッシャ型）のゲート電極３を用いればよい。ゲート電極３の面積Ｓｇを開口の面積Ｓｃの４倍以上にするには、ゲート電極３の直径（外形）Ｗ’が「５１／２×Ｗ」以上となるようにすればよい。このとき、開口の全周囲に幅Ｗ’’（０．５×（５１／２−１）×Ｗ）より太い領域が設けられることになる。尚、図８〜図１０においては、平方根を求める関数「ＳＱＲＴ（）」を用いて計算式を示している。
【００６７】
また、図９に示すように、複数の電子放出素子を多数配置する場合は、ゲート電極３の直径をＷ‘以上とするとともに、隣接するゲート電極間距離をＷ’以上とすればよい。尚、このような要件を満たす限り、ゲート電極同士が一つの連続した電極で構成されていても良い。即ち、図９に示す多数の開口を１つの電子放出素子が備えた構成であっても良い。
【００６８】
尚、カソード電極２（開口）が楕円形の場合にゲート電極３の面積を開口の面積の４倍とするには、楕円の長直径をａ、短直径をＷとした場合、ゲート電極３の最小幅Ｗ’’を
０．２５×{−（ａ＋Ｗ）＋ （ａ２+Ｗ２+１８ａＷ）１/２}
以上とすればよい。
【００６９】
次に、図１０は、平面図においてゲート電極３の開口が長方形の場合について示す。図１０は、ゲート電極３の開口の長手方向の長さをＮとし、短手方向の長さ（開口の幅）Ｗとした場合を示している。ゲート電極３の面積Ｓｇを開口の面積Ｓｃの４倍とするには、図１０のように、ゲート電極３を配置すればよい。即ち、ゲート電極３の最小幅Ｗ’’を０．２５×｛（（Ｗ＋Ｎ）２+１６ＷＮ）１／２−（Ｗ＋Ｎ）｝
以上とすればよい。
【００７０】
尚、開口が正方形の場合にゲート電極３の面積Ｓｇを開口の面積Ｓｃの４倍とするには、「Ｗ＝Ｎ」として、ゲート電極３の最小幅Ｗ’’を
０．２５×｛（２０Ｗ２）１／２−２Ｗ｝
以上とすればよい。
【００７１】
＜電子放出素子の製造方法＞
以上述べた本発明の電子放出素子の製造方法の一例について、図１、図７を用いて説明する。図７は、第１の実施形態例に係る電子放出素子の製造方法の一例を説明するための図である。以下で説明する第１の実施形態例の電子放出素子に好ましく用いることのできる部材の材料や寸法や変形例などは、第二の実施形態例の電子放出素子においても好ましく適用できる。
【００７２】
まず、基板としては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、シリコン基板等にスパッタ法等によりＳｉＯ２を積層した積層体を形成した部材、またはアルミナ等のセラミックスの絶縁性の部材を用いことができる。尚、ＳｉＯ２を積層する前は、部材の表面を十分に洗浄しておく。
【００７３】
第１の電極２は導電性を有する導電体で構成されていればよい。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基板上に形成することができる。カソード電極２の材料は、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属または合金材料を用いることができる。また、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、Ｌｂａ６、ＣｅＢ６、ＹＢ４、ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物を用いることもできる。カソード電極２の厚さとしては、実用的には、１ｎｍ以上１００μm以下の範囲で設定され、好ましくは、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の
範囲で選択される。また、第１の電極２は、電子放出部材５に電子を供給する導電体であればよく（絶縁体でなければよく）、また、いわゆる電流制限のための抵抗体であっても良い。抵抗体としては、例えば、比抵抗が１０２以上１０８Ω・ｃｍ以下の範囲の材料を用いることができる。また、図示していないが、第１の電極２が、その表面に（電子放出部材５との間に）、いわゆる電流制限のための抵抗層を備えていてもよい。
【００７４】
次に、カソード電極２に続いて絶縁層４を堆積する。絶縁層４は、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の一般的な真空成膜技術で形成される。その厚さとしては、実用的には、１０ｎｍ以上１００μｍ以下の範囲で設定され、好ましくは１０ｎｍ以上５μｍ以下の範囲から選択される。材料としてはＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＦ、アンドープダイヤモンドなどの高電界に耐えられる耐圧の高い材料が望ましい。
【００７５】
更に、図７（ａ）に示すように、絶縁層４の上にゲート電極３を堆積する。ゲート電極３は、カソード電極２と同様に導電性を有する導電体で構成されていればよい。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することがで
きる。ゲート電極３の材料は、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属または合金材料を用いることができる。また、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、ＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＹＢ４、ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物も用いることができる。ゲート電極３の厚さとしては、実用的には、１ｎｍ以上１００μｍの範囲で設定され、好ましくは１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲で選択される。
【００７６】
なお、カソード電極及びゲート電極３の材料には、同一材料または異種材料を用いても良い。また、カソード電極及びゲート電極３の形成方法は、同一の形成方法でも異なる形成方法でも良い。
【００７７】
次に、図７（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術によりマスクパターン１８を形成する。
【００７８】
そして、図７（ｃ）に示すように、絶縁層及びゲート電極３の一部をカソード電極２からエッチングにより取り除き、開口１００を形成する。ここで、エッチングでは、カソード電極２の表面を露出させて終了させても良いし、カソード電極２の表面を軽くエッチングするまで行っても良い。エッチング工程は、絶縁層及びゲート電極３の材料に応じたエッチング方法を用いれば良い。
【００７９】
続いて、図７（ｄ）に示すように、電子放出部材５を開口１００内のカソード電極２上に堆積する。電子放出部材５は蒸着法、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。電子放出部材５の材料は、例えば、アモルファスカーボン、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド粒子、導電性粒子等から適宜選択される。好ましくは仕事関数の低いダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボンが用いられる。一方で、低電界で電子放出し易いカーボンナノチューブ等に代表されるカーボンファイバーも好ましく用いられる。尚、第二の実施形態例のように、電子放出部材５を膜状に設ける場合（前述した電子放出膜の場合）、その厚さは、実用上、１ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲で設定され、好ましくは、１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲で選択される。
【００８０】
カーボンファイバーや導電性粒子を用いれば、第一の実施形態例で説明した様に、電子放出部材５を多数の電子放出体で構成することができる。そして、各々の電子放出体が、１つのカーボンファイバー（１つの導電性粒子）で構成される場合もあるし、各々の電子放出体が、複数のカーボンファイバー（複数の導電性粒子）の集合体で構成される場合もある。また、カーボンファイバーを用いる場合には、好ましくは、多数のカーボンファイバーが、概ね、第１の電極２からアノード６に向けて配向していることが好ましい。
【００８１】
カーボンファイバーは、触媒を用いて炭化水素ガスを分解して形成することができる。そのため、例えば、複数の触媒粒子を第１の電極上に配置して、熱ＣＶＤ法によって、カーボンファイバーを第１の電極２上に設けることができる。
【００８２】
触媒としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｎｉ、もしくはこれらの中から選択された材料の合金が用いることができる。
【００８３】
最後に、図２（ｅ）に示すように、マスクパターン１８を剥離して電子放出素子が完成する。
【００８４】
次に本発明の電子放出素子を適用した応用例について以下に述べる。
【００８５】
本発明の電子放出素子を基体上に複数個配列することによって、例えば電子源、更に、その電子源を用いた画像表示装置を構成することができる。
【００８６】
＜電子源＞
図１１は、本発明の電子放出素子１２４を複数配して得られる電子源を示す模式図である。電子源は、基体１２１、Ｘ方向配線１２２、Ｙ方向配線１２３、電子放出素子１２４、結線１２５から構成される。
【００８７】
Ｘ方向配線１２２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…Ｄｘｍのｍ本の配線から構成される。この配線は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成できる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線１２３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎのｎ本の配線から構成される。Ｙ方向配線１２３は、Ｘ方向配線１２２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線１２２とｎ本のＹ方向配線１２３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられている。層間絶縁層はＸ方向配線１２２とＹ方向配線１２３を電気的に分離する。ここで、ｍ及びｎは共に正の整数である。
【００８８】
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。層間絶縁層は、Ｘ方向配線１２２とＹ方向配線１２３と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１２２とＹ方向配線１２３は、それぞれ外部端子として引き出されている。例えば、Ｘ方向配線１２２は、図１４に示す走査回路４０３と接続される。また、Ｙ方向配線１２３は、図１４に示す変調回路４０２と接続される。各電子放出素子１２４に印加される駆動電圧は、当該電子放出素子に印加される走査回路４０３からの走査信号と変調回路４０２からの変調信号の差電圧として供給される。
【００８９】
各電子放出素子１２４を構成する前述した第一電極２は、ｍ本のＸ方向配線１２２のうちの一つに接続される。そして、各電子放出素子１２４を構成する前述した第二電極３は、ｎ本のＹ方向配線１２３のうちの一つに接続される。
【００９０】
Ｘ方向配線１２２、Ｙ方向配線１２３、第一電極２、第二電極３を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、またそれぞれ異なっていても良い。電子放出素子の第一電極２と第二電極３を構成する材料と配線材料が同一である場合には、Ｘ方向配線１２２及びＹ方向配線１２３と、第一電極２及び第二電極３とを特段に区別しない。即ち、第一電極２及び第二電極３が、配線として機能する。
【００９１】
上記構成では、単純なマトリクス配線を用いて、個別の電子放出素子を選択し、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１２を用いて説明する。
【００９２】
＜表示パネル＞
図１２は、電子源を用いた表示パネル２００の一例を示す模式図である。
【００９３】
図１２において、複数の電子放出素子を配置した基体１２１がリアプレート１３１に固定されている。一方、ガラス基体１３３の内面には、発光体としての蛍光膜１３４と、メタルバック１３５が設けられ、フェースプレート１３６が構成される。尚、メタルバック１３５は、前述したアノード６の機能を備える。但し、メタルバック１３５は、電子放出素子から放出された電子が透過できる程度の厚み以下に設定する。メタルバック１３５としてはアルミニウム膜が典型的に用いられる。リアプレート１３１とフェースプレート１３６は、支持枠１３２に設けられたフリットガラスやインジウムなどの接着剤を介して接
続されている。
【００９４】
外囲器（表示パネル）２００は、フェースプレート１３６、支持枠１３２、リアプレート１３１で構成される。リアプレート１３１は主に基体１２１の強度を補強する目的で設けられるため、基体１２１自体で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート１３１を設けなくてもよい。即ち、基体１２１に直接支持枠１３２を封着し、フェースプレート１３６と支持枠１３２と基体１２１とで外囲器２００を構成しても良い。一方、フェースプレート１３６、リアプレート１３１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２００を構成することもできる。
【００９５】
この表示パネル２００を、図１３を用いて説明したテレビジョン装置の表示パネルとして用いれば、奥行きの非常に小さいテレビジョンを構成することができる。
【００９６】
＜＜実施例＞＞
以下、本発明の電子放出素子について実施例をもとに詳細に説明する。
【００９７】
＜実施例１＞
本実施例では、図８に示すような円形のゲート電極３と円形の開口を備える電子放出素子について説明する。尚、断面図は図１（ａ）に示したものと同様な構造である。
【００９８】
図７を参照して、本実施例の電子放出素子の製造方法について説明する。図７、図８では、電子放出素子１つにカソードが１つの場合を示している。本実施例では、図９に示すように複数の電子放出素子を形成した。実際には、カソード電極２を１０００個配置して、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの測定及び評価を行った。それぞれの開口の中心同士の間隔Ｗ'
は３０μｍ以上としている。また、図９に示すように開口の周囲に幅Ｗ’’の領域を１０μｍ以上設けた。
【００９９】
上述の実施形態で述べたように、ゲート電極３の面積Ｓｇを開口の面積Ｓｃの４倍以上としたとき、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇが最小値となる。そのため、本実施例では開口の幅Ｗ１０μｍに対して、カソード電極２間の間隔Ｗ'を３０μｍ（＞５１／２×Ｗ＝２２．３
μｍ）、ゲート電極３の幅Ｗ’’を１０μｍ（＞０．５×（５１／２−１）×Ｗ＝６．２μｍ）としている。
【０１００】
（工程１）
まず、図７（ａ）に示すような積層体を形成する。基板に石英ガラスを用いる。石英ガラスを十分に洗浄する。その後、スパッタ法により、基板上に、カソード電極２として厚さ１００ｎｍのＡｌ、絶縁層４として厚さ３０００ｎｍのＳｉＯ２、ゲート電極３として厚さ１００ｎｍのＴａを順に堆積する。
【０１０１】
（工程２）
次に、図７（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリアント社製）のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン１８を形成する。マスクパターン１８の開口径Ｗを１０μｍとする。
【０１０２】
そして、図７（ｃ）に示すように、マスクパターン１８をマスクとして、ＣＦ４ガスを用いて絶縁層及びゲート電極３をドライエッチングする。このとき、カソード電極２でエッチングを停止させる。この工程により、ゲート電極３と絶縁層４とを貫通する開口１００が形成される。この結果、ゲート電極３（および絶縁層４）には、直径（Ｗ）が１０μｍの開口１００が形成される。
【０１０３】
（工程３）
続いて、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、図７（ｄ）に示すように、電子放出部材５として、ダイヤモンドライクカーボン膜を開口１００内のカソード電極２上に１００ｎｍ堆積する。ここで形成するダイヤモンドライクカーボン膜は、連続膜であり、Ｈは前述した後者の定義を採用する。即ち、この場合、開口１００内の第１電極２はダイヤモンドライクカーボン膜５で覆われている。そのため、Ｈは、開口１００内における、電子放出膜５と第二電極３との間の最短距離として定義することができる。
【０１０４】
そして最後に、マスクとして用いたマスクパターン１８を完全に除去し、図７（ｅ）に示すような本実施例の電子放出素子を完成する。
【０１０５】
以上のような行程で作成した複数の電子放出素子を図９に示すように配置して電子を放出させた。アノード電圧Ｖａ＝５ｋＶで、電子放出部材５とアノード電極６との距離Ｈを２ｍｍとした。
【０１０６】
アノード電流Ｉ１が１０−６Ａと成る場合をＩｏｎ、アノード電流Ｉ１が１０−９Ａ以下となる場合をＩｏｆｆとした。変調電圧Ｖｓｗｉｎｇは約１２．９Ｖが最小となった。このとき、Ｉｏｎとなるゲート電圧Ｖｏｎは２０．８Ｖとなり、Ｉｏｆｆとなるゲート電圧Ｖｏｆｆは７．８Ｖとなった。
【０１０７】
Ｗを１０μｍの値に固定して、Ｈを、０.１μｍ、０．７μｍ、１μｍ、２μｍ、３μ
ｍ、３．６μｍ、６μｍ、８μｍ、１０μｍと変えた場合の変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの変化を表１に示す。
【０１０８】
【表１】
2007250247.tif 000003
【０１０９】
Ｈが３μｍ（Ｈ／Ｗ＝０．３）の場合に、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇが最小である。また、Ｈ／Ｗが「０．０７以上０．６以下」の場合でも、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇが他の条件に比べて小さい。
【０１１０】
以上のように、ＷとＨを０．０７以上０．６以下に規定することで、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇを極小化できる。
【０１１１】
＜実施例２＞
本実施例では、ＷとＨを、実施例１のＷから変更して、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇを測定し
た。尚、本実施例では、Ｗを３０μｍに固定した。電子放出素子の製造方法は実施例１と同様であるため、ここでは割愛する。
【０１１２】
電子放出素子の駆動条件として、アノード電圧Ｖａ＝５ｋＶとし、第二電極３とアノード電極６との距離ｈを２ｍｍとする。尚、この条件は実施例１と同様である。
【０１１３】
アノード電流Ｉ１が１０−６Ａと成る場合をＩｏｎ、アノード電流Ｉ１が１０−９Ａ以下となる場合をＩｏｆｆとし、Ｉｏｎと成るゲート電圧をＶｏｎ、Ｉｏｆｆとなるゲート電圧をＶｏｆｆとした。
【０１１４】
Ｈを０．３μｍ、２．１μｍ、３μｍ、６μｍ、９μｍ、１０．８μｍ、１８μｍ、２４μｍ、３０μｍと変えた場合の変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの変化を表２に示す。
【０１１５】
【表２】
2007250247.tif 000004
【０１１６】
実施例１ではＷが１０μｍであったものを、実施例２では３０μｍとしている。そのため、ゲート電圧Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆ、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの絶対値はいずれも３倍と、設計スケール分だけ増加している。
【０１１７】
しかし、Ｈが９μｍの場合に変調電圧Ｖｓｗｉｎｇが最小となり、Ｈ／Ｗで表すと０．３で最小となる。また、Ｈ／Ｗ＝０．０７以上０．６以下の範囲においても、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇが他の条件に比べて小さくなる。Ｈ／Ｗで表すと変調電圧Ｖｓｗｉｎｇを最小値にする設計であることがわかる。
【０１１８】
以上のように、ＷとＨを０．０７以上０．６以下に規定することで、変調電圧Ｖｓｗｉｎｇを非常に小さくすることができることがわかる。
【０１１９】
＜実施例３＞
実施例３では、電子放出素子を用いて電子源並びに画像表示装置を作製する。
【０１２０】
電子放出素子を１０×１０のマトリックス状に配置した。配線構造は、図１１のようにＸ方向配線をカソード電極２に接続し、Ｙ方向配線をゲート電極３に接続する。電子放出素子は、横１５０μｍ、縦３００μｍのピッチで配置する。各電子放出素子の上方には、２ｍｍの距離を隔てた位置に、蛍光体を備えたアノード電極６を配置する。アノード電極６光体には１０ｋＶの電圧を印加する。この結果、マトリクス駆動が可能となり、高精細で且つ、均一性が高く、長期に渡って安定な画像表示装置および電子源が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本実施形態に関わる電子放出素子の構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態に関わる電子放出素子の構成を示す模式図である。
【図３】電気回路に接続した電子放出素子の模式図である。
【図４】アノード電圧Ｖａを変化させたときの、アノード電流Ｉ１とゲート電圧Ｖｇの関係を示す図である。
【図５】Ｈ／Ｗと変調電圧の関係を示す図である。
【図６】Ｓｇ／Ｓｃと変調電圧Ｖｓｗｉｎｇの関係を示す図である。
【図７】実施形態に係る電子放出素子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図８】ゲート電極の面積を開口の面積の４倍以上とするレイアウト例を示す図である。
【図９】ゲート電極の面積を開口の面積の４倍以上とするレイアウト例を示す図である。
【図１０】ゲート電極の面積を開口の面積の４倍以上とするレイアウト例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る電子放出素子を複数配して得られる電子源を示す図である。
【図１２】画像表示装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図１３】本発明に係るテレビジョン装置のブロック図である。
【図１４】発明の本実施形態による画像表示装置のブロック図である。
【図１５】ＦＥ型電子放出素子の例を示すスピント型電子放出素子の模式図である。
【図１６】エミッタ電極１１に対向する電極１２へ適当な正の電位を与え、電子放出を行なわせる電子放出素子を示す図である。
【図１７】カーボンナノチューブ３１５を細孔内に形成した例を示す図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１      基板
２      第一の電極（カソード電極）
３      第一の電極（ゲート電極）
４      絶縁層
５      電子放出部材
６      第三の電極（アノード電極）
【図１】
2007250247.tif 000005
【図２】
2007250247.tif 000006
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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