(57)【要約】【課題】電子放出素子の大型化を招くことなく大きな放出電流が得られ、且つ、容易に製造可能な電子放出素子、当該電子放出素子を利用した電子源、及び、該電子源を利用した、画質が良好で高精細な画像表示装置を提供することにある。【解決手段】本発明に係る電子放出素子は、第１のカソード電極、第２のカソード電極、第３のカソード電極、絶縁層、ゲート電極、及び、電子放出材を備える。ゲート電極、絶縁層、及び、第２のカソード電極のそれぞれには、互いに連通する開口が設けられている。電子放出材は、第１のカソード電極上に設けられており、上記開口内に少なくとも一部が露出している。第３のカソード電極は、第２のカソード電極の開口内に、電子放出材の露出領域の輪郭の長さを増やすように設けられており、第１のカソード電極と電気的に接続されている。【選択図】図１
2009140655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のカソード電極、第２のカソード電極、絶縁層、ゲート電極、及び、電子放出材を備え、
前記ゲート電極は、前記第１のカソード電極の上方に位置し、
前記絶縁層は、前記ゲート電極と前記第１のカソード電極の間に位置し、
前記第２のカソード電極は、前記第１のカソード電極と前記絶縁層との間に位置し、且つ、前記第１のカソード電極と電気的に接続されており、
前記ゲート電極、前記絶縁層、及び、前記第２のカソード電極のそれぞれに、互いに連通する開口が設けられており、
前記電子放出材は、前記第１のカソード電極上に設けられ、且つ、前記開口内に少なくとも一部が露出する
電子放出素子であって、
前記第２のカソード電極の開口内に、前記電子放出材の露出領域の輪郭の長さを増やすように、前記第１のカソード電極と電気的に接続された第３のカソード電極が設けられている
ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記第３のカソード電極は、前記第２のカソード電極の開口内に島状に設けら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３】
前記第３のカソード電極は、前記第２のカソード電極から離れている
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】
前記第３のカソード電極は、前記第２のカソード電極の開口を複数に分割するように設けられている
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５】
前記第２のカソード電極の開口の形状は、長方形であり、
前記第３のカソード電極は、当該長方形を長辺方向に分割するように設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記第３のカソード電極は、複数の開口を有する電極であり、
前記複数の開口のそれぞれは、前記電子放出材の露出領域である
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】
前記複数の開口はランダムに形成されている
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８】
第１のカソード電極、第２のカソード電極、絶縁層、ゲート電極、及び、電子放出材を備え、
前記ゲート電極は、前記第１のカソード電極の上方に位置し、
前記絶縁層は、前記ゲート電極と前記第１のカソード電極の間に位置し、
前記第２のカソード電極は、前記第１のカソード電極と前記絶縁層との間に位置し、且つ、前記第１のカソード電極と電気的に接続されており、
前記ゲート電極、前記絶縁層、及び、前記第２のカソード電極のそれぞれに、互いに連通する開口が設けられており、
前記電子放出材は、前記第１のカソード電極上に設けられ、且つ、前記開口内に少なくとも一部が露出する
電子放出素子の製造方法であって、
前記第２のカソード電極の開口内に、前記電子放出材の露出領域の輪郭の長さを増やすように、前記第１のカソード電極と電気的に接続された第３のカソード電極を設ける工程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
前記第３のカソード電極を設ける工程は、前記第２のカソード電極に開口を形成する際に、当該開口内に前記第２のカソード電極の一部を前記第３のカソード電極として残す工程を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の電子放出素子を複数備える
ことを特徴とする電子源。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電子源と、
前記電子源から放出された電子によって画像を形成する画像形成部材と、
を備え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、電子放出素子、電子源、画像表示装置および電子放出素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子放出素子を画像表示装置に応用するには、蛍光体を十分な輝度で発光させる程度の放出電流が必要である。また、ディスプレイの高精細化のためには蛍光体に照射される電子ビームの径が小さいことが要求される。そして、製造し易いという事が重要である。
【０００３】
蛍光体を十分な輝度で発光させるためには、放出電流密度を大きくすればよい。
【０００４】
電界放出（ＦＥ）型電子放出素子として、例えば、Ｓｐｉｎｄｔ型電子放出素子がある。一般に、Ｓｐｉｎｄｔ型電子放出素子は、電子放出材としてマイクロチップを備えており、その先端から電子を放出する。Ｓｐｉｎｄｔ型電子放出素子は、放出電流密度を大きくするために、１素子あたり、複数のマイクロチップを備えることが一般的である。また、ゲート電極とカソード電極の間に、電子ビームを収束させるための構造が形成される場合がある。そのような構造は、例えば、特許文献１などに開示されている。
【０００５】
一方、電界放出（ＦＥ）型電子放出素子として、カソード電極上に設けられた薄膜の少なくとも一部をゲート電極と絶縁層の開口内に露出させ、当該露出部分から電子放出を行う電子放出素子がある。
【０００６】
上記薄膜を形成する電子放出物質として、低仕事関数の材料を使用すれば、マイクロチップを使用せずに電子を放出することのできる電子放出素子が形成できる。さらに、当該電子放出素子は電子を上記薄膜の表面から放出するため、マイクロチップを用いた電子放出素子に比べ電界の集中などが起こりにくく、長寿命である。
【０００７】
しかしながら、上記薄膜の放出電流密度は小さく、多くの放出電流を得るために薄膜の露出面積を大きくしたり、上記薄膜の面上に電界を効率よく印加したりすることが必要であった。
【０００８】
一般的には、Ｓｐｉｎｄｔ型の電子放出素子と同様に、１つの電子放出素子に複数の開口（ゲート電極と絶縁層の開口）を設け、ゲート電極の開口よりも絶縁層の開口を大きくしている。しかしながら、そのように複数の開口（ゲート電極と絶縁層の開口）を設けることは素子の大型化を招く。
【特許文献１】米国特許第５７９８６０４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電子放出素子の大型化を招くことなく大きな放出電流が得られ、且つ、容易に製造可能な電子放出素子を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、そのような電子放出素子を利用した電子源、及び、該電子源を利用した、画質が良好で高精細な画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明に係る電子放出素子は、第１のカソード電極、第２の
カソード電極、絶縁層、ゲート電極、及び、電子放出材を備え、前記ゲート電極は、前記第１のカソード電極の上方に位置し、前記絶縁層は、前記ゲート電極と前記第１のカソード電極の間に位置し、前記第２のカソード電極は、前記第１のカソード電極と前記絶縁層との間に位置し、且つ、前記第１のカソード電極と電気的に接続されており、前記ゲート電極、前記絶縁層、及び、前記第２のカソード電極のそれぞれに、互いに連通する開口が設けられており、前記電子放出材は、前記第１のカソード電極上に設けられ、且つ、前記開口内に少なくとも一部が露出する電子放出素子であって、前記第２のカソード電極の開口内に、前記電子放出材の露出領域の輪郭の長さを増やすように、前記第１のカソード電極と電気的に接続された第３のカソード電極が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る電子放出素子の製造方法は、第１のカソード電極、第２のカソード電極、絶縁層、ゲート電極、及び、電子放出材を備え、前記ゲート電極は、前記第１のカソード電極の上方に位置し、前記絶縁層は、前記ゲート電極と前記第１のカソード電極の間に位置し、前記第２のカソード電極は、前記第１のカソード電極と前記絶縁層との間に位置し、且つ、前記第１のカソード電極と電気的に接続されており、前記ゲート電極、前記絶縁層、及び、前記第２のカソード電極のそれぞれに、互いに連通する開口が設けられており、前記電子放出材は、前記第１のカソード電極上に設けられ、且つ、前記開口内に少なくとも一部が露出する電子放出素子の製造方法であって、前記第２のカソード電極の開口内に、前記電子放出材の露出領域の輪郭の長さを増やすように、前記第１のカソード電極と電気的に接続された第３のカソード電極を設ける工程を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電子源は、上記電子放出素子を複数備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る画像表示装置は、上記電子源と、該電子源から放出された電子によって画像を形成する画像形成部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子放出素子の大型化を招くことなく大きな放出電流が得られ、且つ、容易に製造可能な電子放出素子を提供することができる。また、本発明の更なる目的は、そのような電子放出素子を利用した電子源、及び、該電子源を利用した、画質が良好で高精細な画像表示装置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】
【００１５】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、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。また、カソード電極、ゲート電極、アノード電極に印加される電圧、駆動波形等の条件も特に特定的な記載がない限りは、それらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１６】
図１〜４を参照して本発明の実施の形態に係る電子放出素子について説明する。
【００１７】
図１は本実施形態に係る電子放出素子の模式図である。図１（ａ）は電子放出素子を上方（電子が放出される方向）から見た平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’の断面図である。
【００１８】
図１において、１は基板、２ａは第１のカソード電極、２ｂは第２のカソード電極、３は絶縁層、４はゲート電極、そして、５は電子放出材である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る電子放出素子において、ゲート電極４は第１のカソード電極２ａの上方（電子が放出される方向）に位置する。絶縁層３はゲート電極４と
第１のカソード電極２ａの間に位置する。第２のカソード電極２ｂは第１のカソード電極２ａと絶縁層３の間に位置する。電子放出材５は第１のカソード電極上に設けられている。また、ゲート電極４、絶縁層３、及び、第２のカソード電極２ｂには、それぞれ、互いに連通する開口が設けられている。そして、電子放出材５の一部、又は、全部が当該開口内に露出している（当該露出している領域を、以後、露出領域という）。なお、第１のカソード電極２ａと第２のカソード電極２ｂは互いに電気的に接続されている。第２のカソード電極２ｂの電位を第１のカソード電極２ａと同電位にすることにより、電子放出素子から放出される電子ビームの収束率が向上する（収束電位構造が形成される）。
【００２０】
更に、本実施形態に係る電子放出素子では、第２のカソード電極２ｂの開口内に第３のカソード電極２ｃが設けられている。第３のカソード電極２ｃは、第１のカソード電極２ａと互いに電気的に接続されており（すなわち、第２のカソード電極２ｂとも電気的に接続されている）、電子放出材５の露出領域の輪郭の長さを増やすように設けられている。このような構成を有することにより、電子放出素子の大型化を招くことなく大きな放出電流を得ることができる（詳細については後述する）。なお、本実施形態では第１〜第３のカソード電極をあわせてカソード電極２という。
【００２１】
図２は、図１に示す電子放出素子の駆動方法の一例を示す図である。なお、図１と同じものについては同じ番号を付している。
【００２２】
カソード電極２とゲート電極４の間には駆動電圧Ｖｇが電源６により印加される。
【００２３】
７は電子放出素子の上方にＨだけ離れて配置されたアノード電極であり、アノード電極にはアノード電圧Ｖａが高圧電源８により印加される。放出された電子は、アノード電極７に捕捉され、電子放出電流Ｉｅが検出される。
【００２４】
また、本実施形態に係る電子放出素子は、２種類の開口を有している。一つは、絶縁層３が形成する開口又はゲート電極４が形成する開口（第１の開口）であり、もう一つは、第２のカソード電極２ｂと第３のカソード電極２ｃによって形成される第２の開口である。なお、本実施形態では、第２のカソード電極２ｂとゲート電極４の開口の形状は略等しいものとする。
【００２５】
図３は電子放出素子の駆動状態における電子放出材表面付近の電界強度の分布を示す図である。
【００２６】
図３（ａ）及び図３（ｃ）は、開口が１種類の場合であり、図３（ｂ）及び図３（ｄ）は、それぞれ、図３（ａ）、図３（ｃ）に示す電子放出材の表面付近にかかる電界強度の分布を示すグラフである。
【００２７】
第２のカソード電極２ｂは、電子放出材５よりもゲート電極側（上方に）配置されることにより、電子放出材５の表面付近の電界強度の分布を変化させる。電子放出材５の表面付近の電界強度は、具体的には、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、ゲート電極の開口の輪郭周辺に対応する領域で最も高い値となる。換言すれば、第２のカソード電極２ｂは、電子放出材の電子放出面上の等電位面を窪ませる。このような電界強度の分布により、電子ビームは開口内側へ向かう。すなわち、電子ビームの収束効果を得ることができる。また、当該収束効果により、絶縁層３やゲート電極４への電子の衝突を避けることができる。そのため、第２のカソード電極２ｂは収束電極と呼ぶことができる。
【００２８】
しかし、ゲート電極の開口が大きい場合（ゲート電極の開口幅ｗ１＞＞電子放出材表面からゲート電極表面までの距離ｈ１）、ゲート電極の開口の輪郭周辺に対応する（電子放
出材表面の）領域の電界強度は強くなるが、開口中心部の電界強度は弱くなる。この場合、電子を放出するために最低限必要な電界強度（しきい電界強度）をＥｔｈとすると、電子が放出される部分は、電界強度がＥｔｈを超えている領域であり、図３（ｂ）の例では、ゲート電極の開口の輪郭周辺に対応する２つの領域から電子が放出される。ゲート電極の開口の形状を長方形とすると、電子は、当該長方形の輪郭周辺に対応する領域から放出される。以後、電子が放出される領域を放出領域という。なお、本実施形態において、開口の大きさは、電子放出素子の断面における開口の幅とする。
【００２９】
ゲート電極の開口を小さくすると、図３（ｂ）に示す２つの領域間距離が狭まり、図３（ｄ）に示すように放出領域は１つになり、開口内のほぼ全域から電子が放出される。
【００３０】
すなわち、ゲート電極の開口が小さいと、ゲート電極の開口内に対応する電子放出材表面にしきい電界強度以上の電界が印加されるが、ゲート電極の開口が大きいと、ゲート電極の輪郭周辺に対応する領域にしかしきい電界強度以上の電界が印加されない。
【００３１】
実際には、ゲート電極の開口の大きさの絶対値ではなく、ゲート電極の開口の大きさｗ１と電子放出材表面からゲート電極表面までの距離ｈ１の比が放出領域を決めている。ｗ１：ｈ１＝１：１ならば放出領域は面状になり、２：１で２つが分離しはじめ、３：１以上では、放出領域はほぼ線状となる。
【００３２】
したがって、当該比を１：１に近づけることができない場合、電子放出素子の電子放出密度（放出電流）は低くなってしまう。ゲート電極の開口の大きさ（開口径）と電子放出材表面からゲート電極表面までの距離の比を１：１に近づけることができない場合とは、例えば、小さな電子放出素子を製造する場合などである。小さな電子放出素子で高い放出電流を得るためには、ゲート電極の開口としてさらに小さい開口が必要とされる。ゲート電極の開口の大きさは、電子ビーム径に大きく左右する因子であるため、精度良く形成されることが望まれる。しかし、当該開口の大きさが製造プロセスの精度の保証範囲外である場合、開口の大きさを精度良く得ることができない。すなわち、ゲート電極の開口径と電子放出材表面からゲート電極表面までの距離の比を１：１に近づけることができない。
【００３３】
本実施形態では、第３のカソード電極２ｃを設けることにより、上述した比を１：１に近づけることができない場合でも、高い電子放出密度を得ることができる。図１（ａ）の例では、第３のカソード電極２ｃが第２のカソード電極の開口内に島状に設けられている。なお、図１（ａ）の例では、第２のカソード電極２ｂから離れているが、第３のカソード電極の一部が第２のカソード電極に接触していてもよい。第３のカソード電極は、電子放出材５の露出領域の輪郭の長さを増やすように設けられていればよい。
【００３４】
上述したように第３のカソード電極２ｃを設けると、図３（ｅ）に示すような断面を得ることができる。図３（ｅ）に示す断面において、電子放出材５の表面付近における電界強度の分布は図３（ｆ）のようになる。電子放出材５の表面付近の電界強度の分布は、具体的には、ゲート電極４の開口の輪郭周辺に対応する領域だけでなく、第３のカソード電極２ｃの輪郭周辺でも強くなる。即ち、ゲート電極の開口の輪郭周辺に対応する領域だけでなく、第３のカソード電極の輪郭周辺も放出領域となる。そのため、ゲート電極の開口の輪郭周辺に対応する領域からのみ電子放出が行われるのに比べ、高い電子放出密度を得ることができる。
【００３５】
図４は、図１に示す本実施形態に係る電子放出素子の製造方法の一例を示す図である。
【００３６】
以下、図４を参照して、本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。
【００３７】
まず、予め表面が十分に洗浄された基板１上に第１のカソード電極２ａを積層する（図４（ａ））。基板１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、あるいは、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、アルミナ等セラミックスの絶縁性基板などから適宜選択される。
【００３８】
第１のカソード電極２ａは一般的に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的な真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。第１のカソード電極２ａの材料は、例えば、金属、合金、炭化物、硼化物、窒化物、半導体、有機高分子材料、アモルファスカーボン，グラファイト，ダイヤモンドライクカーボン，ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等から適宜選択される。金属としては、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等を用いればよく、合金もまたそれら金属を用いて生成されたものを用いればよい。炭化物としては、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等、硼化物としては、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６、ＹＢ４，ＧｄＢ４等、窒化物としては、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等、そして、半導体としては、Ｓｉ，Ｇｅ等を用いればよい。第１のカソード電極２ａの厚さとしては、数十ｎｍから数ｍｍの範囲で設定され、好ましくは数百ｎｍから数μｍの範囲で選択される。
【００３９】
なお、絶縁性シリコン基板の一部をドーピングにより導電性とし、当該導電性の部分を第１のカソード電極２ａとしてもよい。
【００４０】
なお、第１のカソード電極２ａは、組成の異なる複数の層を積層した、多層構成であってもよい。当該複数の層の一部の層が高抵抗体であってもよい。
【００４１】
次に、第１のカソード電極２ａの表面全体に電子放出材５を堆積する（図４（ａ））。
【００４２】
電子放出材５は蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等の一般的な成膜技術などで形成される。電子放出材５の材料は、低仕事関数の材料を選択するのが好ましい。例えば、アモルファスカーボン，グラファイト，ダイヤモンドライクカーボン，ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等から適宜選択される。電子放出材５の膜厚としては、数ｎｍから数百ｎｍの範囲で設定され、好ましくは数ｎｍから数十ｎｍの範囲で選択される。
【００４３】
電子放出材５は、第１のカソード電極２ａと電気的に接続される必要があり、導電性を有することが望ましい。例えば、絶縁性の材料であればドーピングによる導電性の付加などが必要である。また、電子放出材５自体が導電性であってもよい。
【００４４】
次に、第２のカソード電極２ｂを電子放出材５上に堆積する（図４（ａ））。
【００４５】
第２のカソード電極２ｂは、第１のカソード電極２ａと同じ材料でもよいし、異なっていてもよい。第２のカソード電極２ｂの膜厚は、適宜設計可能であり、厚くすると収束効果は大きくなるが、膜面にかかる電界強度が小さくなり、放出面積が減少する（電子放出密度が減少する）。
【００４６】
第２のカソード電極２ｂは、第１のカソード電極２ａと同電位になるように電気的に接続される。電子放出材が導電性の場合、第２のカソード電極２ｂと第１のカソード電極２ａの電位は、電子放出材を介して積層することで同電位にすることができる。電子放出材の絶縁性が高い場合、第２のカソード電極２ｂと第１のカソード電極２ａは、電子放出素子の（後の工程で作製される）開口内もしくはその周辺などで互いに接触させることにより、電気的な接続が確保できればよい。そうすることにより、両方の電極の電位を同電位にすることができる。
【００４７】
次に、第２のカソード電極上に、絶縁層３、ゲート電極４を順に堆積する（図４（ｂ））。
【００４８】
絶縁層３は、スパッタ法等の一般的な真空成膜法、ＣＶＤ法、真空蒸着法で形成される。絶縁層３の厚さは、数ｎｍから数μｍの範囲で設定され、好ましくは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲から選択される。望ましい材料としてはＳｉＯ２，ＳｉＮ，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＦなどの高電界に絶えられる耐圧性の高い材料が望ましい。
【００４９】
ゲート電極４は、第１カソード電極２ａなどと同様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的な真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。ゲート電極４の材料は、例えば、金属、合金、炭化物、硼化物、窒化物、半導体、有機高分子材料等から適宜選択される。金属としては、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等を用いればよく、合金もまたそれら金属を用いて生成されたものを用いればよい。炭化物としては、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等、硼化物としては、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６、ＹＢ４，ＧｄＢ４等、窒化物としては、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等、そして、半導体としては、Ｓｉ，Ｇｅ等を用いればよい。
【００５０】
次に、ゲート電極４、絶縁層３、及び、第２のカソード電極のそれぞれの開口を作製する。本実施形態では、ロの字型の開口を作製した。なお、本実施形態では、ロの字型の開口内における第２のカソード電極を第３のカソード電極とする。換言すれば、第２のカソード電極２ｂの開口を形成する際に、当該開口内に第２のカソード電極の一部を第３のカソード電極として残している。なお、本実施形態では第２のカソード電極の一部を第３のカソード電極としているが、第２のカソード電極とは独立して第３のカソード電極を形成してもよい。その場合、第１〜３のカソード電極がすべて同じ材料であってもよいし、全て異なっていてもよいし、３つのカソード電極のうちのいずれか一組が同じ材料であってもよい。
【００５１】
まず、フォトリソグラフィー技術によりマスクパターン３１を形成する（図４（ｃ））。
【００５２】
次に、ゲート電極４、絶縁層３、第２のカソード電極２ｂの順にエッチングし、開口を作製する（図４（ｄ））。ゲート電極４、絶縁層３、第２のカソード電極２ｂの材料、厚さにより、ドライエッチング法、ウエットエッチング法などが適宜選択される。なお、状況に応じて集束イオンビームエッチングなどの部分的な微細加工などを適宜選択してもよい。
【００５３】
次に、マスクパターン３１を剥離する（図４（ｅ））。
【００５４】
そして、絶縁層３をウエットエッチングする（図４（ｆ））。これにより、開口の内側の絶縁層３は全て取り除かれる。また開口はロの字型であるため、開口の内側の絶縁層３が取り除かれることによって、当該絶縁層３上のゲート電極４も取り除かれる。
【００５５】
ゲート電極４の開口の大きさ、収束電極の開口の大きさは、ビーム径の大きさを大きく左右する因子であり、重要である。具体的には、それら開口の大きさは、数十ｎｍから数十μｍであることが好ましく、さらに好ましくは、１００ｎｍから１μｍである。
【００５６】
なお、本実施形態では、電子放出材５を、第１のカソード電極２ａの表面全体に積層したが、露出する箇所のみに積層してもよい。そのような構成は、例えば、電子放出材５を
積層する工程を、ゲート電極４、絶縁層３、第２のカソード電極２ｂの開口を作製する工程の次に行うことにより得られる。
【００５７】
このように、本実施形態に係る電子放出素子は、各層を積層し、エッチングを行う、という非常にシンプルな工程で作製できるため、製造が容易である。
【００５８】
なお、各層の面積を大きくし、複数の電子放出素子を一枚の基板で製造すれば、大型の画像表示装置などへの応用が容易となる。また、一枚の基板上に作製された複数の電子放出素子は、基板を切り分けることにより多数の装置に利用可能となる。そのため、大型の装置も小型の装置も比較的低いコストで製造することができる。
【００５９】
＜応用例＞
本実施形態に係る電子放出素子の応用例について以下に述べる。例えば、本実施形態に係る電子放出素子を複数備える電子源や、当該電子源を備える画像表示装置を構成することができる。
【００６０】
（電子源）
まず、本実施形態に係る電子放出素子を基体上に複数配することによって得られる電子源について説明する。電子放出素子の配列については、種々のものが採用される。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配する。同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の一方を、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の電極の他方を、Ｙ方向の配線に共通に接続する。これを単純マトリクス配置という。以下単純マトリクス配置について詳述する。
【００６１】
図５、図６において、５１、６１は電子源基板、５２、６２はＸ方向配線、５３、６３はＹ方向配線である。６４は本実施形態に係る電子放出素子である。
【００６２】
Ｘ方向配線６２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，・・・Ｄｘｍのｍ本の配線からなり、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することができる。配線の材料、膜厚、幅は、適宜設計される。Ｙ方向配線６３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，・・・Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線６２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線６２とｎ本のＹ方向配線６３との間には、層間絶縁層（不図示）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）。
【００６３】
層間絶縁層（不図示）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６２を形成した電子源基板６１の全面或いは一部に所望の形状で形成される。特に、Ｘ方向配線６２とＹ方向配線６３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６２とＹ方向配線６３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００６４】
電子放出素子６４を構成するｍ本のＸ方向配線６２は、カソード電極２を兼ねる場合があり、ｎ本のＹ方向配線６３は、ゲート電極４を兼ねる場合があり、層間絶縁層は絶縁層３を兼ねる場合がある。
【００６５】
Ｘ方向配線６２には、不図示の走査信号印加手段が接続される。走査信号印加手段は、選択されたＸ方向配線に接続されている電子放出素子６４に走査信号を印加する。一方、Ｙ方向配線６３には、不図示の変調信号発生手段が接続される。変調信号発生手段は、電子放出素子６４の各列に、入力信号に応じて変調された変調信号を印加する。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、それぞれ、電子放出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。
【００６６】
（画像表示装置）
上記構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、電子放出素子を個別に選択し、独立に駆動可能とすることができる。上記電子源を用いて構成した画像表示装置について、図７を用いて説明する。図７は、画像表示装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【００６７】
図７において、７１は電子放出素子、８０は電子源基板、９１はリアプレート、９６はフェースプレート、９２は支持枠である。電子源基板８０には電子放出素子７１が複数配されており、リアプレート９１には電子源基板８０が固定されている。フェースプレート９６はガラス基体９３、蛍光膜９４、メタルバック９５等によって形成されている。蛍光膜９４、メタルバック９５はガラス基体９３の内側に設けられている。図７の例では、ガラス基体９３の内面（内側表面）に蛍光膜９４が設けられており、蛍光膜９４の内面にメタルバック９５が設けられている。支持枠９２には、リアプレート９１とフェースプレート９６がフリットガラスなどを用いて接続される。
【００６８】
外囲器（パネル）９８は、フェースプレート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成される。リアプレート９１は、主に電子源基板８０の強度を補強する目的で設けられるため、電子源基板８０自体が十分な強度を持つ場合には、別体のリアプレート９１は不要とすることができる。換言すれば、電子源基板８０とリアプレート９１は、一体構成の部材であっても構わない。
【００６９】
フェースプレート９６と、リアプレート９１と、支持枠９２とは、夫々の接合する面（接着面）にフリットガラスを塗布し、所定の位置で合わせ、固定し、加熱してフリットガラスを焼成することにより封着される。
【００７０】
また、そのような加熱をするための手段としては、赤外線ランプ等を用いたランプ加熱、ホットプレート等、種々のものが採用できるが、これらに限定されるものではない。
【００７１】
また、外囲器を構成する複数の部材を加熱接着する接着材料は、フリットガラスに限るものではなく、封着工程後、充分な真空状態を保つことができれば、どのような接着材料を採用してもよい。
【００７２】
上述した外囲器は、本発明の一実施態様であり、限定されるものではなく、種々のものが採用できる。
【００７３】
他の例として、電子源基板８０に直接支持枠９２を封着し、フェースプレート９６、支持枠９２及び電子源基板８０で外囲器９８を構成しても良い。また、フェースプレート９６、リアプレート９１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９８を構成することもできる。
【００７４】
また、図８にフェースプレート９６に形成された蛍光膜９４を模式図で示す。蛍光膜９４は、電子源から放出された電子によって画像を形成する画像形成部材である。画像形成部材は、例えば、電子の衝突によって発光する蛍光体である。蛍光膜９４は、モノクロームの場合は蛍光体８５のみから構成することができる。カラーの蛍光膜の場合は、ブラックストライプ（図８（ａ））、ブラックマトリクス（図８（ｂ））などと呼ばれる黒色導電材８６と蛍光体８５とから構成することができる。
【００７５】
ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設ける目的は２つある。１つ目は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体８５間の塗り分け部を黒くすることで混
色等を目立たなくすることである。そして２つ目は、蛍光膜９４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することにある。ブラックストライプの材料としては、通常用いられている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材料を用いることができる。
【００７６】
ガラス基体９３に蛍光体を塗布する方法は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等が採用できる。蛍光膜９４の内面側には、通常メタルバック９５が設けられる。メタルバックを設ける目的は３つあり、１つは、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート９６側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させることにある。そして、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージから蛍光膜９４を保護すること等も、メタルバックを設ける目的である。メタルバック９５は、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、その後、蛍光膜上にＡｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。
【００７７】
フェースプレート９６には、蛍光膜９４の導電性を高めるため、更に、蛍光膜９４の外面側に透明電極（不図示）を設けてもよい。
【００７８】
本実施形態に係る画像表示装置において、電子放出素子７１が直上に電子ビームを放出するため、蛍光膜９４は電子放出素子７１の直上に配置される。
【００７９】
次に、封着工程を施した外囲器（パネル）を真空封止するための真空封止工程について説明する。
【００８０】
真空封止工程は、まず、外囲器（パネル）９８を加熱して、８０〜２５０℃に保持しながら、イオンポンプ、ソープションポンプなどの排気装置によりの排気管（不図示）を通じて排気する。そして、有機物質の十分に少ない雰囲気にした後、排気管をバーナーで熱して溶解させて封じきる。外囲器９８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。これは、外囲器９８の真空封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器９８内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、外囲器９８内の雰囲気を維持するためのものである。
【００８１】
以上の工程によって製造された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は、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを介して電圧を印加することにより、電子放出を行う。
【００８２】
高圧端子９７を介してメタルバック９５、あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加することで、電子ビームを加速する。
【００８３】
加速された電子は、蛍光膜９４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【００８４】
図９はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。
【００８５】
図９の駆動回路について説明する。この回路は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えたもので（図中，Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）ある。各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘ１の出力電圧もしくは直流電圧源Ｖｘ２のいずれか一方を選択し、表示パネル１３０１の容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍと電気的に接続される。Ｓ１乃至Ｓｍ
の各スイッチング素子は、制御回路１３０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合せることにより構成することができる。直流電圧源Ｖｘ１は、電子放出素子の特性に基づき設定されている。
【００８６】
制御回路１３０３は、外部より入力する画像信号に基づいて適切な表示が行なわれるように各部の動作を整合させる機能を有する。制御回路１３０３は、同期信号分離回路１３０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。
【００８７】
同期信号分離回路１３０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号（ＮＴＳＣ信号）から同期信号成分と輝度信号成分とを分離する為の回路で、一般的な周波数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期信号分離回路１３０６によりＮＴＳＣ信号から分離された同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。ＮＴＳＣ信号から分離された画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１３０４に入力される。
【００８８】
シフトレジスタ１３０４は、時系列的にシリアルに入力されるＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、制御回路１３０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動作する。即ち、制御信号Ｔｓｆｔは，シフトレジスタ１３０４のシフトクロックであるということもできる。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当）のデータは、Ｉｄ１乃至ＩｄｎのＮ個の並列信号として出力され、ラインメモリ１３０５に入力される。
【００８９】
ラインメモリ１３０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、制御回路１３０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調信号発生器１３０７に入力される。
【００９０】
変調信号発生器１３０７は、画像データＩｄ’１乃至Ｉｄ’ｎの各々に応じて本実施形態の電子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の変調信号の信号源である。変調信号発生器１３０７からの出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１３０１内の電子放出素子に印加される。
【００９１】
本電子放出素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば、電子放出電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出電圧以上の電圧を印加すると電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させる事により出力電子ビームの強度を制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御する事が可能である。
【００９２】
従って、入力信号に応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１３０７として、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることができる。
【００９３】
パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１３０７として、一定の波高値の電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いることができる。
【００９４】
シフトレジスタ１３０４やラインメモリ１３０５は、デジタル信号式あるいはアナログ
信号式のものを採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。
【００９５】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１３０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これには１３０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ１３０５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器１３０７に用いられる回路が若干異なったものとなる。具体的には、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１３０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１３０７には、例えば、高速の発振器、当該発振器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）、及び、計数器の出力値とラインメモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を、本実施形態の電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【００９６】
アナログ信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１３０７には、例えばオペアンプなどを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用でき、必要に応じて本実施形態の電子放出素子の駆動電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【００９７】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明を適用可能な画像表示装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号については、ＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式などの他、これらよりも多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。
【００９８】
また表示装置の他、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形成装置等としても用いることができる。
【００９９】
＜実施例＞
以下、本実施形態の具体的な実施例について詳しく説明する。
【０１００】
（第１の実施例）
本実施形態の第１の実施例として、本実施形態に係る電子放出素子の製造方法の一例を示す。以下、図４を用いて当該製造方法について説明する。
【０１０１】
（工程１）
まず、基板１としてＰＤ２００ガラスを用いた。基板１を十分に洗浄した後、第１のカソード電極２ａとして厚さ８００ｎｍのＴａを形成した。
【０１０２】
（工程２）
次に、電子放出材５として、ダイヤモンドライクカーボンをプラズマＣＶＤ法により第１のカソード電極２ａの表面全体に厚さ３０ｎｍ程度堆積した。反応ガスとして、ＣＨ４ガスを用いた。
【０１０３】
（工程３）
そして、電子放出材上に、第２のカソード電極２ｂとして厚さ１００ｎｍのＴａを形成した。さらに、第２のカソード電極上に絶縁層３として厚さ１μｍのＳｉＯ２を堆積し、絶縁層上にゲート電極４として厚さ２００ｎｍのＰｔを堆積した。
【０１０４】
（工程４）
次に、フォトリソグラフィー法を用いて、ゲート電極上にレジストのマスクパターン３１を形成した。
【０１０５】
本実施例では、長さが３．５μｍ以上であれば保証される精度を有するフォトリソフィー法でのパターンニングにより、実現可能な構成とした。パターンは、外側の２辺の長さをＰ３＝Ｐ１＋２×Ｐ２＝９μｍ、Ｌ３＝Ｌ１＋２×Ｌ２＝３２μｍとし、内側の２辺の長さをＰ１＝２μｍ、Ｌ１＝２５μｍとする２つの四角形に囲まれたロの字型の開口を有する。また、当該開口の幅をＰ２（Ｘ方向）＝Ｌ２（Ｙ方向）＝３．５μｍとし、Ｘ方向の開口ピッチＰ５＝Ｐ３＋Ｐ４＝１２．５μｍで複数形成した。そのため、図１に示すように、１つの電子放出素子に３つの上記開口を有するマスクパターンを形成する場合、開口端から開口端までの距離は、３４μｍとなる。
【０１０６】
なお、長さ（幅）Ｐ１については、パターンニング精度の保証範囲ではないため線幅の保証はないが、幅Ｐ１の精度は高くなくても電子ビーム径が小さくかつ高い放出電流を得ることができる。具体的には、ゲート電極、及び、ゲート電極直下の絶縁層や第２のカソード電極の開口の大きさは、電子ビーム径を大きく左右する因子であるため、パターニング精度の保証範囲内であることが必要とされる。しかし、幅Ｐ１の部分のゲート電極及び絶縁層は、後の工程で取り除かれるため、当該幅は電子ビーム径を大きく左右する因子にはならず、パターニング精度の保証範囲内である必要はない。
【０１０７】
（工程５）
次に、マスクパターン３１をマスクとして、Ｐｔのゲート電極４をＡｒプラズマエッチングで、絶縁層３及び第２のカソード電極２ｂをＣＦ４ガスでそれぞれドライエッチングした。これにより、マスクされている部分以外の部分におけるゲート電極４、絶縁層３、及び第２のカソード電極２ｂが取り除かれた。これにより、２つの四角形に囲まれたロの字型の開口を形成すると共に、内側の四角形に相当する第２のカソード電極を第３のカソード電極２ｃとして形成することができた。
【０１０８】
（工程６）
そして、マスクパターン３１を剥離し、作製中の電子放出素子を十分に洗浄した。
【０１０９】
（工程７）
次に、バッファードフッ酸でウエットエッチングを行った。エッチング時間を制御することで、ＳｉＯ２を１μｍエッチングした。それにより、幅Ｐ１のＳｉＯ２は、両側からのエッチングにより、幅２μｍ（幅Ｐ１のＳｉＯ２全て）がエッチングされ、当該ＳｉＯ２上のゲート電極４も取り除かれた。一方、他の絶縁層３は、一部分のみがエッチングされた。これにより、ゲート電極の開口よりも絶縁層の開口のほうが大きくなった。
【０１１０】
以上の工程により本実施形態に係る電子放出素子を作製することができた。
【０１１１】
本実施例で作製された電子放出素子（本素子）と比較するための電子放出素子（比較素子）を作成した。比較素子において、開口の幅（Ｐ３）が３．５μｍ、開口の長さ（Ｌ３）が３２μｍ、隣接開口までの距離（Ｐ４）が３．５μｍ、開口ピッチ（Ｐ５）が７μｍである。比較素子の模式図を図１４に示す。
【０１１２】
比較素子の大きさと本素子の大きさが等しいとすると、開口端から開口端までの長さが３４μｍであるため、比較素子には５つの開口が作製される。
【０１１３】
図２に示すように、本素子と比較素子のそれぞれの上方にアノード電極を設け、駆動させた。ここで、距離Ｈ＝２ｍｍ、アノード電圧Ｖａ＝１０ｋＶ、駆動電圧Ｖｇ＝４０Ｖとした。
【０１１４】
両方の素子を駆動させた結果、本素子の放出電流は、比較素子の放出電流よりも約５％大きかった。これは、本素子では、１つの開口内に有効な電圧のかかる面積（箇所）が増えたためと考えられる。具体的には、本素子は第３のカソード電極を備えることにより、電子放出材の表面において、ゲート電極４の開口の輪郭周辺に対応する領域だけでなく、第３のカソード電極２ｃの輪郭周辺で大きな電界強度が得られる。ただし、ゲート電極４の開口の輪郭周辺に対応する領域の電界強度の方が、第３のカソード電極２ｃの輪郭周辺の電界強度よりも強い。したがって、本素子において、大きな電界強度が得られる輪郭の長さは４０８μｍ（３×（Ｐ３×２＋（Ｌ１＋２×Ｌ２）×２＋Ｐ１×２＋Ｌ１×２））となる。一方、比較素子において、大きな電界強度が得られる輪郭の長さは３５５μｍ（５×（Ｐ３×２＋Ｌ３×２））となる。比較素子よりも本素子のほうが大きな電界強度が得られる輪郭の長さが長いため、放出電流が大きくなったものと考えられる。即ち、電子放出材の露出領域の輪郭の長さを増やすように第３のカソード電極を設けることにより、高い放出電流を得ることができる。
【０１１５】
本実施例の電子放出素子の構成は、特に、大きな電子放出量を得るために、フォトリソ工程において精度が保証されている範囲よりも小さい開口が必要な場合に有効である。換言すれば、上述したゲート電極の開口径と電子放出材表面からゲート電極表面までの距離の比を１：１に近づけることができない場合に、本実施例の構成が、比較素子の構成より有利となる。
【０１１６】
また、開口を有する電子放出素子では、開口を形成するために、カソード電極とゲート電極を絶縁層をはさんで対向させるため、そこに容量が発生する。この容量は、素子の駆動時に信号遅延を起こす要因となり、この容量が大きいと短パルスの信号に対する応答性が悪くなる。しかしながら、本素子の絶縁層の容量は、比較素子より４／５に低減されていた。そのため、本素子では、１μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃの駆動波形に対し良好な応答性（線形の応答）が得られた。一方、比較素子では、１μｓｅｃの波形に対する応答性に劣化がみられた。
【０１１７】
また、電子放出素子を大型の画像表示装置に応用する場合、素子数が多いことや、配線の長さが長いことなどにより、容量による信号遅延は大きくなる。従って、諧調性が悪くなったり、諧調性を補正するための電気回路が複雑となったりする。本実施例の素子は比較素子よりも容量が低いため、本素子を用いた電子源及び画像表示装置は高精細化が図れる。
【０１１８】
（第２の実施例）
本実施例は、第３のカソード電極が、第２のカソード電極の開口を複数に分割するように設けられた例である。第３のカソード電極をそのように設けることにより、電子放出材の露出領域の輪郭の長さを長くすることができる。図１０に第２の実施例に係る電子放出素子の模式図を示す。図１０（ａ）は、カソード電極の上方（電子が放出される側）から見た平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＡ−Ａ’の断面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ’の断面図である。また、図１１に本実施例に係る電子放出素子の製造方法の一例を示す。図１１は、図１０（ａ）におけるＣ−Ｃ’の断面図である。
【０１１９】
（工程１）
まず、基板１としてＰＤ２００ガラスを用いた。基板１を十分に洗浄した後、第１のカ
ソード電極２ａとして厚さ８００ｎｍのＴａを形成した。
【０１２０】
（工程２）
次に、電子放出材５として、ダイヤモンドライクカーボンをプラズマＣＶＤ法により第１のカソード電極２ａの表面全体に厚さ３０ｎｍ程度堆積した。反応ガスとして、ＣＨ４ガスを用いた。
【０１２１】
（工程３）
そして、電子放出材上に、第２のカソード電極２ｂとして厚さ１００ｎｍのＴａを形成した。さらに、第２のカソード電極２ｂ上に絶縁層３として厚さ１μｍのＳｉＯ２を堆積し、絶縁層３上にゲート電極４として厚さ２００ｎｍのＰｔを堆積した（図１１（ａ））。
【０１２２】
（工程４）
次に、ゲート電極の開口を形成するためのマスクとして、フォトリソグラフィー法を利用してレジストのマスクパターン３１を形成した（図１１（ｂ））。パターンは、２辺の長さをＰｙ３＝２０μｍ、Ｐ３＝５μｍとする長方形の開口を有するものであり、当該開口はＸ方向の開口ピッチＰ５＝１０μｍとして複数形成されている（図１０（ａ））。
【０１２３】
（工程５）
そして、マスクパターン３１をマスクとして、Ｐｔのゲート電極４をＡｒプラズマエッチングした後、マスクを剥離した（図１１（ｃ））
【０１２４】
（工程６）
次に、フォトリソグラフィー法を利用してレジストのマスクパターン３２を形成した（図１１（ｄ））。パターンは、２辺をＰｙ２＝３．５μｍ、Ｐ３＝５μｍとする長方形の開口を有するものであり、当該開口はＸ方向の開口ピッチＰ５＝１０μｍ、Ｙ方向のピッチＰｙ１＝２μｍとして複数形成されている（図１０（ａ））。ただし、当該複数の開口は、ゲート電極の開口内に収まるように位置調整されている。
【０１２５】
（工程７）
そして、絶縁層３、第２のカソード電極２ｂをＣＦ４ガスを用いてそれぞれドライエッチングし、マスクパターンを剥離し、十分な洗浄を行った（図１１（ｅ））。本工程により幅Ｐｙ１の第２のカソード電極が第３のカソード電極として形成された。本実施形例では、第２のカソード電極の開口とゲート電極の開口とが同じ形状であるとする。即ち、本実施例の第２のカソード電極の開口の形状は長方形である。マスクパターンの内、幅Ｐｙ１に部分は当該長方形内に収まるように位置調整されているため、第３のカソード電極は当該長方形の開口を長辺方向に分割するように形成される。
【０１２６】
（工程８）
次に、第１の実施例における工程７と同様に、バッファードフッ酸でウエットエッチングを行った。エッチング時間を制御することで、ＳｉＯ２を１μｍエッチングしたところ、第３のカソード電極上の絶縁層３（ＳｉＯ２）は、両側からのエッチングにより全て取り除かれた。一方、他の絶縁層３は、一部分のみがエッチングされた。これにより、ゲート電極の開口よりも絶縁層の開口のほうが大きくなった（図１１（ｆ））。
【０１２７】
本実施例では、第３のカソード電極が、第２のカソード電極の開口を複数に分割するように設けられているため、電子放出材の露出領域の輪郭の長さを長くすることができる。それにより、電子放出素子の大型化を招くことなく高い放出電流を得ることができる。
【０１２８】
（第３の実施例）
図１２に第３の実施例に係る電子放出素子の製造方法の一例を示す。本実施例は、ゲート電極の上方から見た平面図が図１（ａ）と同じであり、積層構造が図１（ｂ）と異なる電子放出素子の例である。
【０１２９】
（工程１）
まず、基板１として青板ガラスを用いた。基板１を十分に洗浄した後、第１のカソード電極２ａとして厚さ８００ｎｍのＴａを形成した。そして、基板１上に絶縁層１０１として、厚さ１５０ｎｍのＳｉＮを形成した。次に、絶縁層１０１上に第２のカソード電極２ｂとして厚さ５０ｎｍのＴａを形成した（図１２（ａ））。
【０１３０】
（工程２）
そして、絶縁層３として厚さ１μｍのＳｉＯ２を第２のカソード電極上に堆積した。さらに、第２のカソード電極上にゲート電極４として厚さ２００ｎｍのＰｔを堆積した（図１２（ｂ））。
【０１３１】
（工程３）
次に、フォトリソグラフィー法を利用してレジストのマスクパターン３１を形成した。マスクパターンの開口は、第１の実施例と同じとした（図１２（ｃ））。
【０１３２】
（工程４）
そして、マスクパターン３１をマスクとして、Ｐｔのゲート電極４をＡｒプラズマエッチングでドライエッチングし、絶縁層３、カソード電極２ｂ、及び、絶縁層１０１をＣＦ４ガスを用いてドライエッチングした（図１２（ｄ））。これにより、第１の実施形態と同じ形状の開口、及び、第３のカソード電極が形成された。
【０１３３】
（工程５）
次に、プラズマＣＶＤ法でダイヤモンドライクカーボンの電子放出材５を全面に５０ｎｍ程度堆積した。反応ガスはＣＨ４ガスを用いた（図１２（ｅ））。
【０１３４】
（工程６）
そして、マスクパターン３１を剥離し、十分な洗浄を行った。これにより、開口内に露出する電子放出材５以外の電子放出素材が除去された（図１２（ｆ））。
【０１３５】
（工程７）
次に、バッファードフッ酸でウエットエッチングを行った。エッチング時間を制御することで、ＳｉＯ２を１μｍエッチングした。それにより、幅Ｐ１のＳｉＯ２は、両側からのエッチングにより、幅２μｍ（幅Ｐ１のＳｉＯ２全て）がエッチングされ、当該ＳｉＯ２上のゲート電極４も取り除かれた。一方、他の絶縁層３は、一部分のみがエッチングされた。これにより、ゲート電極の開口よりも絶縁層の開口のほうが大きくなった（図１２（ｇ））。
【０１３６】
以上の工程により、図１（ｂ）とは異なる積層構造（図１２（ｇ））で、図１（ａ）と同じ平面図を示す電子放出素子が作製できた。
【０１３７】
（第４の実施例）
図１３に本実施例に係る電子放出素子の模式図を示す。図１３（ａ）は電子放出素子を上方から見た平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。本実施例は、第３のカソード電極が複数の開口を有しており、当該複数の電極のそれぞれを電子放出材の露出領域とする例である。
【０１３８】
（工程１）
まず、基板１として青板ガラスを用いた。基板１を十分に洗浄した後、基板１上に第１のカソード電極２ａとして厚さ８００ｎｍのＴａを形成した。
【０１３９】
（工程２）
次に、プラズマＣＶＤ法でダイヤモンドライクカーボンの電子放出材５を第１のカソード電極２ａの表面全面に３０ｎｍ程度堆積した。反応ガスはＣＨ４ガスを用いた。
【０１４０】
（工程３）
そして、電子放出材５上に円形のマスクをランダムに形成した。当該マスクは、具体的には、レジスト内に球形の不透過材を混入してフォトリソ工程を行うことにより形成された。次に、第２のカソード電極２ｂとしてＴａを１００ｎｍを形成した後、レジストを除去した。レジストを除去することによって得られた開口径は、１μｍであった。なお、不透過材の形状は円形に限らず、多角形など如何なるものであってもよいし、そのサイズ、位置などもランダムでなくてもよい。不透過材の形状はランダムであってもよい。
【０１４１】
（工程４）
次に、第２のカソード電極上に絶縁層３として厚さ１μｍのＳｉＯ２を堆積した。なお、第２のカソード電極の開口内も絶縁層３で満たされた（本実施例では上記レジストで一時的に形成された開口を、第２のカソード電極の開口とは呼ばない）。そして、絶縁層３上にゲート電極４として厚さ２００ｎｍのＰｔを堆積した。
【０１４２】
（工程５）
次に、フォトリソグラフィー法を利用してレジストのマスクパターン３１を形成した。幅３．５μｍの開口を開口ピッチ７μｍで複数形成した。
【０１４３】
（工程６）
そして、マスクパターン３１をマスクとして、Ｐｔのゲート電極４をＡｒプラズマエッチングで、絶縁層３をＣＦ４ガスを用いて、それぞれドライエッチングした。なお、本実施例における第２のカソード電極の開口と、ゲート電極の開口とは同じ形状を有するものとする。すなわち、本実施例では、当該開口内に位置する第２のカソード電極を、複数のランダムな開口を有する第３のカソード電極２ｃとして考える。
【０１４４】
（工程７）
次に、マスクパターン３１を剥離し、十分に洗浄を行った。
【０１４５】
これにより、図１３の素子が作製できた。
【０１４６】
本実施例では、ゲート電極の開口内に当該開口よりも小さな開口を多数形成した。これにより、大きな開口を設けるよりも放出面積をはるかに大きくできるため、高い放出電流を得ることができる。
【０１４７】
（第５の実施例）
第１の実施例に係る電子放出素子を、Ｘ方向に１２８０個、Ｙ方向に７２０個配列し、図６に示す電子源を作製した。さらに、図７に示す画像表示装置の表示パネルを作製した。そして、当該表示パネルを、図８に示す駆動回路で表示させた。
【０１４８】
本実施例における画像表示装置は、容量が小さく、安価な回路で低輝度での高い諧調性を示した。
【０１４９】
以上説明したように、本実施形態に係る電子放出素子は、電子放出素子の大型化を招くことなく大きな放出電流得られる。さらに、当該電子放出素子は、複雑な工程を含まずに作製することができる。
【０１５０】
また、このような電子放出素子を電子源や画像表示装置に適用することにより、性能に優れた電子源及び高精細、高画質な画像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】図１は、本実施形態に係る電子放出素子の模式図であり、図１（ａ）は、電子放出素子を上方から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’の断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る電子放出素子の駆動方法の一例を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る電子放出素子の駆動状態における電子放出材表面付近の電界強度の分布を示す図であり、図３（ａ）及び図３（ｃ）は、開口が１種類の場合の断面図であり、図３（ｂ）及び図３（ｄ）は、それぞれ、図３（ａ）、図３（ｃ）に示す電子放出材の表面付近にかかる電界強度の分布を示すグラフであり、図３（ｅ）は、本実施形態に係る電子放出素子の断面図であり、図３（ｆ）は、図３（ｅ）に示す電子放出材の表面付近にかかる電界強度の分布を示すグラフである。
【図４】図４は、本実施形態に係る電子放出素子の製造方法の一例を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る電子源の一例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る電子源の一例を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る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８】図８は、フェースプレートに形成された蛍光膜の模式図であり、図８（ａ）は、ブラックストライプが形成された例であり、図８（ｂ）は、ブラックマトリクスが形成された例である。
【図９】図９は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、第２の実施例に係る電子放出素子の模式図であり、図１０（ａ）は、カソード電極の上方から見た平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＡ−Ａ’の断面図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ’の断面図である。
【図１１】図１１は、第２の実施例に係る電子放出素子の製造方法の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第３の実施例に係る電子放出素子の製造方法の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第４の実施例に係る電子放出素子の模式図である。
【図１４】図１４は、第１の実施例で作製された電子放出素子と比較するための電子放出素子の模式図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１  基板
２  カソード電極
２ａ  第１のカソード電極
２ｂ  第２のカソード電極
２ｃ  第３のカソード電極
３  絶縁層
４  ゲート電極
５  電子放出材
【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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【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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