(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に対向して配置された一対の電極と、前記電極間に設けられ、間隙部を有する導電性膜と、前記間隙部の近傍に形成された電子放出部を有する電界放出素子、及び
前記電界放出素子の上方に対向して配置され、前記電子放出部から放出された電子を吸引するアノード
を具備する電界放出装置であって、
前記基板と導電性膜との間に、前記間隙部が延びる方向を磁場方向とする磁性膜を配置し、前記磁性膜は、前記間隙部から放出される電子に前記アノードに向ける力を作用する磁場を生ずることを特徴とする電界放出装置。
【請求項２】
前記磁性膜は、前記基板と前記電子放出部との間に形成され、非磁性絶縁体中に着磁された強磁性体粒子が分散されていることを特徴とする請求項１に記載の電界放出装置。
【請求項３】
基板上に対向して配置された一対の電極と、前記電極間に設けられ、間隙部を有する導電性膜と、前記間隙部の近傍に形成された電子放出部を有する電界放出素子、及び
前記電界放出素子の上方に対向して配置され、前記電子放出部から放出された電子を吸引するアノード
を具備する電界放出装置であって、
前記導電性膜が、前記間隙部が延びる方向に着磁されており、前記間隙部から放出される電子に前記アノードに向ける力を作用する磁場を生ずることを特徴とする電界放出装置。
【請求項４】
前記磁性膜は、非磁性体中に着磁された強磁性体粒子が分散されてなるグラニュラー構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電界放出装置。
【請求項５】
前記電界放出素子が複数個配置されており、前記電界放出素子の一対の電極に入力電気信号を加える手段を具備することを特徴とする請求項１又は３に記載の電界放出装置。
【請求項６】
前記複数個の電界放出素子がマトリクス状に配置されており、個々の電界放出素子の一方の電極を行配線に接続し、個々の電界放出素子の他方の電極を前記行配線と直交する列配線に接続したことを特徴とする請求項５に記載の電界放出装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電界放出装置と、前記入力電気信号によって個々の電界放出素子の電子放出部からの電子の放出に基づいて画像を表示する画像表示手段とを具備することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出装置、及び電界放出装置を用いて構成した画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置に用いられる表面伝導型の電界放出素子は、例えば特開平１１−２８７８６２号公報などにおいて、詳細に説明されている。例えば、図９は、従来の平面型の電界放出素子の一構成例を模式的に示す断面図である。図９において、基板１の表面には一対の電極（素子電極）２，３が設けられ、これら電極２，３間には、導電性膜４が形成されている。導電性膜４には、間隙部５が形成されていて、この間隙部５の近傍は電子放出部６を構成する。
【０００３】
電子放出部６からの電子放出は、対抗する素子電極２，３への電圧印加によって生ずる間隙部の強い電界により、電子放出部の片方の導電膜から電子がトンネル効果により真空中に放出されることにより行われる。
【０００４】
しかし、放出された電子は、電子放出部近傍の電界にそって進み、ほとんどの電子が電子放出部の対向する正電極の導電性膜に吸収されてしまい、電子放出部６の上方に設けられたアノード（図示せず）の電界に引かれた一部の電子のみが有効な電子放出となる。従って、有効な電子放出効率は０．１％程度と低く、これを高めることが大きな課題であった。また、このような電界放出素子を複数個配置してなる電子源、この電子源を備えた画像表示装置も、電界放出素子の電子放出効率が低いため、駆動電力の増大、発熱などの問題があり、その改善が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情の下になされ、高い電子放出効率を示す電界放出装置、及びこの電界放出装置を用いて構成した、低駆動電力で動作することを可能とする画像表示装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、基板上に対向して配置された一対の電極と、前記電極間に設けられ、間隙部を有する導電性膜と、前記間隙部の近傍に形成された電子放出部を有する電界放出素子、及び前記電界放出素子の上方に対向して配置され、前記電子放出部から放出された電子を吸引するアノードを具備する電界放出装置であって、前記基板と導電性膜との間に、前記間隙部が延びる方向を磁場方向とする磁性膜を配置し、前記磁性膜は、前記間隙部から放出される電子に前記アノードに向ける力を作用する磁場を生ずることを特徴とする電界放出装置を提供する。
【０００７】
本発明の電界放出素子において、磁性膜は、非磁性体中に着磁された強磁性体粒子が分散されてなる、グラニュラー構造を有することが出来る。
この場合、磁性膜は、基板と電子放出部との間に形成された、非磁性絶縁体中に着磁された強磁性体粒子が分散されてなる絶縁性磁性膜とすることが出来る。
【０００８】
また、本発明は、基板上に対向して配置された一対の電極と、前記電極間に設けられ、間隙部を有する導電性膜と、前記間隙部の近傍に形成された電子放出部を有する電界放出素子、及び前記電界放出素子の上方に対向して配置され、前記電子放出部から放出された電子を吸引するアノードを具備する電界放出装置であって、前記導電性膜が、前記間隙部が延びる方向に着磁されており、前記間隙部から放出される電子に前記アノードに向ける力を作用する磁場を生ずることを特徴とする電界放出装置を提供する。
【０００９】
更に、本発明は、上述の電界放出素子が複数個配置されており、前記電界放出素子の一対の電極に入力電気信号を加える手段を具備することを特徴とする電界放出装置を提供する。
【００１０】
この場合、複数個の電界放出素子をマトリクス状に配置し、個々の電界放出素子の一方の電極を行配線に接続し、個々の電界放出素子の他方の電極を前記行配線と直交する列配線に接続することが出来る。
【００１１】
更にまた、本発明は、上述の電界放出装置と、入力電気信号によって個々の電界放出素子の電子放出部からの電子の放出に基づいて画像を表示する画像表示手段とを具備することを特徴とする画像表示装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明は、電子放出部近傍の放出された電子に、アノードに向ける力を作用させるような静磁場を生ずる磁性部材を配置したことを特徴とする。
【００１３】
図２に示すように、電子の流れに静磁場が作用すると、電子にローレンツ力が働く。そのため、本発明では、導電性部材の間隙において、一方から他方への電子の流れに対し、それと垂直な方向で、かつ電子に力を加える方向とは垂直な方向、即ち間隙部が延びる方向に磁場を作用させている。即ち、そのような方向を磁場方向とする磁性部材を配置させている。
【００１４】
このように、電子流と直交した横磁場により、電子放出部から放出された電子は電子放出部から離れるような力が働くことになり、間隙部の対向する導電性膜に引かれないでアノードに引かれる割合が増加し、有効な電子放出効率は増加する。
【００１５】
例えば、電子放出部の間隙の距離を１０ｎｍとし、１０Ｖの電圧を印加したとき、１テスラ（Ｔ）の横磁場中での電子は間隙部の電界以外に、約２Ｖ／μｍ相当の磁場による加速を受ける。この加速のため、電子はアノードに引かれ易くなり、アノードに達する電子は増加し、有効な電子放出効率は、従来０．１％程度であったものが、約１％程度と大幅に向上する。
【００１６】
有効な電子放出効率を向上させるには、電子放出部近傍の真空中を電子が移動するため、その電子放出部近傍に磁場を作用させる必要がある。
電子放出部は１００ｎｍ以下程度の短いサイズであるために、電子放出部に磁場を作用させるには、磁性体は１ｎｍから１００ｎｍ程度に小さく、かつ非磁性体中に分散させて磁場を漏洩させ、１軸方向に着磁している、いわゆるグラニュラー構造磁性膜とすることが望ましい。即ち、放出電子にはこのような漏洩磁場を作用させることが望ましい。
【００１７】
電子放出部に磁場を作用させる一例として、導電性膜をグラニュラー構造の磁性膜とし、該磁性膜による磁場を作用させることができる。この場合、磁性膜を、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂなどのメタルからなる非磁性導電体中に微小な強磁性体粒子を分散させた導電性磁性膜とすることが出来る。
【００１８】
また、基板上に配設されたグラニュラー構造の絶縁性磁性膜の上に電子放出部を配設し、該磁性膜による磁場を作用させることもできる。グラニュラー構造の絶縁性磁性膜は、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化珪素などの絶縁物中に微小な強磁性体粒子を分散させた構成とすることが出来る。
【００１９】
使用される強磁性体としては、例えばＣｏ−Ｆｅ、Ｃｒ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｖ、Ｆｅ−Ｎ、Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ、Ｓｍ−Ｃｏ、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎなど、または貴金属と遷移金属との磁性合金であるＭｎ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｒｈ、Ｎｉ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｐｔ、Ｍｎ−Ｉｒなどを挙げることが出来る。
【００２０】
以上のように構成される本発明の電界放出素子により、電子放出効率を大幅に向上させることが出来、そのような電界放出素子を多数個配置してなる電子源、およびそのような電子源を用いて構成した画像形成装置によると、低駆動電力での駆動が可能である。
【００２１】
以下、本発明の実施態様について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電界放出素子の一構成例を示す模式図である。図１において、基板１の表面には、グラニュラー構造を有する絶縁性磁性膜１１が形成され、この磁性膜１１の上に一対の電極（素子電極）２，３が設けられている。そして、これら電極２，３間には、導電性膜４が形成されている。導電性膜４には、紙面から垂直方向に延びる間隙部５が形成されていて、この間隙部５の近傍は電子放出部６を構成する。
【００２３】
基板１としては、通常、ガラスもしくはＳｉ基板を用いることが出来る。ガラスとしては、例えばホウ珪酸ガラス、青板ガラスなどがあり、また、そのようなガラス表面に酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜などを形成したガラス基板が適している。
【００２４】
基板１の上に形成されるグラニュラー構造の絶縁性磁性膜は、絶縁物質中に強磁性体粒子を分散させてなるものであり、強磁性体としては、例えばＣｏ−Ｆｅ、Ｃｒ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｖ、Ｆｅ−Ｎ、Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ、Ｓｍ−Ｃｏ、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎなど、または貴金属と遷移金属との磁性合金であるＭｎ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｒｈ、Ｎｉ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｐｔ、Ｍｎ−Ｉｒなどを用いることができる。
【００２５】
グラニュラー構造の絶縁性磁性膜は、例えばスパッタ法などで形成することが出来る。例えば、スパッタターゲットとして酸化珪素及び強磁性体を用い、これらを同時又は交互にスパッタすることにより、酸化珪素膜中に微小な強磁性体粒子が分散した絶縁性磁性膜を得ることが出来る。
絶縁性磁性膜の膜厚は、通常、１〜１０００ｎｍであり、好ましくは１０〜１００ｎｍである。磁性膜の膜厚が薄すぎると、磁場が電子の流れに対して所望の作用を行うには不十分であり、また厚すぎても、それほどが効果が得られない。また、強磁性体粒子のサイズは、通常、磁性膜の膜厚の１／８〜１／２であるのが好ましい。
【００２６】
酸化珪素中の強磁性体粒子のサイズは、スパッタ電力、基板温度、基板バイアスなどを調整することにより変えることができる。例えば、基板１として表面に酸化珪素膜を形成した青板ガラス基板を用い、スパッタターゲットとしてＳｉＯ2 、およびＣｏＰｔを用い、ＲＦスパッタ電力２Ｗ／ｃｍ2 、基板温度１５０℃、基板バイアス０．２Ｗ／ｃｍ2 で、２分間スパッタすることで、粒径１０ｎｍのＣｏＰｔ粒子がＳｉＯ2 膜中に分散した、厚さ２０ｎｍのグラニュラー構造ＣｏＰｔ−ＳｉＯ2 磁性膜を得ることができる。
【００２７】
その後、この絶縁性磁性膜を１軸方向に着磁させる。その磁束密度は、例えば１テスラ程度であるが、磁性膜を２０ｎｍ程度に薄く設定しているため、着磁後も基板から数ｃｍ離れた距離では磁場は感知できないほど微弱である。この磁性膜は、密着性、信頼性などを考慮して、必要に応じて２層構造などの多層膜とすることもできる。
【００２８】
絶縁性磁性膜１１上に対向して配置される素子電極２，３を構成する材料としては、一般的な導体材料を用いることができる。例えば、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ等の金属或は合金及びＰｄＯ、ＳｎＯ2 、ＲｕＯ2 等の酸化物などを適宜選択することができる。
【００２９】
素子電極２，３間の間隔Ｌ１は、通常、素子電極２，３間に印加する電圧等を考慮して、数百ｎｍ〜数十μｍの範囲に設定される。また、素子電極２，３の長さＷ（紙面に垂直な方向の寸法：図示せず）は、電極の抵抗値や電子放出特性を考慮して、数μｍ〜数百μｍの範囲に設定される。素子電極２，３の膜厚ｄは、通常、数十ｎｍから数μｍの範囲に設定される。
【００３０】
素子電極２，３間に形成される導電性膜４は、液滴法、真空蒸着法、印刷法などにより形成され、膜厚は、通常は、数Å〜数百ｎｍの範囲となるように成膜される。
【００３１】
導電性膜４は、単層であっても、或いは信頼性などを考慮して、２種類の材料からなる２層積層構造等の多層構造であってもよい。それらの材料は、良好な電子放出特性、十分な耐久性、素子作製の簡便さなどを考慮して決定される。また、導電性膜４の膜厚は、素子電極２，３へのステップカバレージ、素子電極２，３間の抵抗値等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましい。
【００３２】
導電性膜４を構成する具体的な材料としては、例えばＰｄＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 −Ｓｂ2 Ｏ3 等の酸化物、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｗ等の金属、Ｓｉ等の半導体、カーボン等が挙げられ、適宜組合わせて用いることもできる。なお、導電性膜４と素子電極２，３は、同じ材料で作製することもできる。
【００３３】
導電性膜４に形成されている間隙部５は、通電によるフォーミングもしくは集束イオンビーム技術などの微細加工技術によって形成される。かかる間隙部５の間隔Ｌ２は、１００ｎｍ以下となるように加工するのが望ましい。間隙部５の間隔Ｌ２が１００ｎｍを超えると、高効率で均一な電子放出特性が得難くなる。
【００３４】
電子放出部６には、電子放出を増加させるために、通常、後述する活性化処理が行われる。また、電子放出部６の内部には、数Åから数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子を存在させてもよい。この導電性微粒子は、導電性膜４を構成する材料の元素の一部、あるいは全てを含有するものとなる。
【００３５】
以上説明した構成を有する電界放出素子の製造方法としては、様々な方法があるが、その一例を図３を参照して以下に説明する。
【００３６】
まず、基板１を十分に洗浄した後、図３（ａ）に示すように、スパッタ法等により絶縁性磁性体１１を堆積する。この絶縁性磁性体１１は、用途に応じて、例えばフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングされる。
【００３７】
次いで、真空蒸着法、もしくはスパッタ法等により素子電極材料を堆積した後、これを例えばフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングし、図３（ｂ）に示すように、絶縁性磁性体１１を形成した基板１上に素子電極２，３を形成する。
【００３８】
次に、絶縁性磁性体１１および素子電極２，３を設けた基板１上に、真空蒸着法などにより、第１の金属、例えばＣｒなどを、密着性向上のため及び液滴が広がらないように、０．５ｎｍの厚さに堆積する。そして、この金属膜をリフトオフやエッチング等によりパターニングすることにより、図３（ｃ）に示すように、第１の導電性膜１２を形成する。
【００３９】
その後、図３（ｄ）に示すように、第１の導電性膜１２上に有機パラジウム液１３を液滴法により堆積させ、乾燥、焼成し、図３（ｅ）に示すように、ＰｄＯからなる第２の導電性膜１４を形成する。
【００４０】
続いて、以下に示す手順で、素子電極２，３間にパルス電圧の印加を繰り返すことにより、図３（ｆ）に示すように、電子放出部を形成するための間隙部５を形成する。
【００４１】
その後、活性化工程と呼ばれる処理を施す。活性化工程とは、導電性膜１２，１４に形成した間隙部５及びその近傍の少なくとも一部に、以下に示すような手順で、電子放出部を形成する工程である。
【００４２】
活性化工程は、例えば、図４に示すように、上方にアノードを配置し、真空下で、素子電極２，３間にパルスの印加を繰り返すことにより行うことができる。即ち、素子電極２，３間にパルスを所定のプログラムで印加し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく増加することで電子放出部が形成される。間隙部の形成も、不活性雰囲気または真空下で基本的には同様の方法で実施することができる。
【００４３】
活性化工程の終了の判定は、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定することにより行うことができる。なお、パルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは、適宜設定される。
【００４４】
以上のような工程を経て得られた電界放出素子を、安定化工程に供することが好ましい。この工程は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることが出来る。
【００４５】
上述の活性化工程において、排気装置として油拡散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生するオイル成分に由来する有機ガスを用いた場合には、この成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１×１０-8Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらには１×１０-10Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。
【００４６】
さらに、真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電界放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱条件は、８０〜２５０℃、好ましくは１５０〜２５０℃で、出来るだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電界放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は、極力低くすることが望ましく、１×１０-7Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらには１×１０-8Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。さらにグラニュラー構造の絶縁性磁性膜中に磁性体の再着磁を行うと、放出電流はより安定する。
【００４７】
安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制することができ、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。
【００４８】
以上説明した本実施形態に係る電界放出素子は、電子放出効率が約１％と、従来に比べ、大幅に向上した電子放出効率を示した。
【００４９】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電界放出素子の一構成例を示す模式図である。この実施形態は、導電膜に磁性体をもちいた例である。図５において、基板１の表面には、一対の電極（素子電極）２，３が設けられており、この素子電極２，３間に、グラニュラー構造を有する導電性磁性膜４１が形成されている。そして、この導電性磁性膜４１には、間隙部５が形成されていて、この間隙部５の近傍は電子放出部６を構成する。
【００５０】
基板１および素子電極２，３を構成する材料等は、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
導電性磁性膜４１は、単層または多層からなり、その材料は、良好な電子放出特性、十分な耐久性、素子作製の簡便さなどを考慮して決定される。また、導電性磁性膜の膜厚は、素子電極２，３へのステップカバレージ、素子電極２，３間の抵抗値等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましい。
【００５２】
導電性磁性膜４を２層の積層膜により構成する場合、第１の層としてはＣｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどの導電性膜を、第２の層としてグラニュラー構造の導電性磁性膜を用いることが出来る。グラニュラー構造の導電性磁性膜は、Ａｌ,Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ等の金属中に微小な強磁性体粒子が分散した構造を有する。強磁性体としては、例えばＣｏ−Ｆｅ、Ｃｒ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｖ、Ｆｅ−Ｎ、Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ、Ｓｍ−Ｃｏ、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎなど、または貴金属と遷移金属との磁性合金であるＭｎ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｒｈ、Ｎｉ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｐｔ、Ｍｎ−Ｉｒなどを用いることができる。
【００５３】
グラニュラー構造の導電性磁性膜は、例えばスパッタ法などで形成することが出来る。例えば、スパッタターゲットとして上記金属と強磁性体を用い、これらを同時又は交互にスパッタすることにより、金属膜中に微小な強磁性体粒子が分散した導電性磁性膜を得ることが出来る。
【００５４】
金属中の強磁性体粒子のサイズは、スパッタ電力、基板温度、基板バイアスなどを調整することにより変えることができる。例えば、基板１として表面に酸化珪素膜を形成した青板ガラス基板を用い、スパッタターゲットとしてＣｕ およびＰｄＦｅを用い、ＲＦスパッタ電力２Ｗ／ｃｍ2 、基板温度１５０℃、基板バイアス０．２Ｗ／ｃｍ2 で、０．５分間スパッタすることで、厚さ５ｎｍのグラニュラー構造ＰｄＦｅ−Ｃｕ 磁性膜を得ることができる。
【００５５】
その後、この磁性膜を１軸方向に着磁させるが、磁性膜を５ｎｍ程度に薄く設定しているため、着磁後も基板から数ｃｍ離れた距離では磁場は感知できないほど微弱である。
【００５６】
導電性磁性膜４１に間隙部５を形成する方法、間隙部５の間隔Ｌ２、電子放出部６の活性化処理の手順等は、第１の実施形態と同様である。
【００５７】
上述の電界放出素子の製造方法としては様々な方法があるが、その一例を図６を参照して、以下に説明する。
【００５８】
まず、基板１を十分に洗浄した後、真空蒸着法、もしくはスパッタ法等により素子電極材料を堆積した後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて、図６（ａ）に示すように、基板１上に素子電極２，３を形成する。
【００５９】
次いで、素子電極２，３を設けた基板１上に、真空蒸着法もしくはスパッタ法により第１の導電膜５１及びグラニュラー構造磁性膜５２を堆積し、リフトオフ、エッチング等を用いてこれらをパターニングし、着磁することにより、図６（ｂ）に示すように、導電性磁性膜４１を形成する。
【００６０】
次に、電子放出部を形成するための間隙の形成、活性化工程、および安定化工程を実施するが、これらの工程は、第１の実施形態と同様の手順により行うことが出来る。
【００６１】
以上のように、第１の実施形態と同様に、電子放出効率が改善された電界放出素子を得ることが出来る。即ち、本実施形態に係る電界放出素子は、電子放出効率が約１％と、従来に比べ、大幅に向上した電子放出効率を示した。
【００６２】
以上説明した電界放出素子を複数個配列することにより、電子源を構成することが出来る。以下、電界放出素子を複数個配列してなる電子源について、説明する。
【００６３】
電界放出素子の配列については、種々の形式を採用することができる。一例として、電界放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数個配置し、同じ行に配された複数の電界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界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形式を挙げることが出来る。このような配置は、所謂単純マトリクス配置である。まず、単純マトリクス配置について以下に詳述する。
【００６４】
本発明の電界放出素子は、前述した通り、３つの特性を有する。即ち、電界放出素子からの放出電子は、閾値電圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅とにより制御され得る。一方、閾値電圧以下では、殆ど電子は放出されない。この特性によれば、多数の電界放出素子を配置した場合においても、個々の素子にパルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、電界放出素子を選択して電子放出量を制御することができる。
【００６５】
以下この原理に基づき、本発明の電界放出素子を複数個配置して得られる電子源基板について、図７を参照して説明する。図７において、電子源基板６１上には、多数の電界放出素子６４が、マトリスク状に配置されている。なお、参照符号６２はＸ方向配線、６３はＹ方向配線、６５は結線をそれぞれ示す。
【００６６】
ｍ本のＸ方向配線６２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，……，Ｄｘｍ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、適宜選択することが出来る。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（図示せず）が設けられており、両者を電気的に分離している。
【００６７】
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 等で構成することが出来る。層間絶縁層は、例えば、Ｘ方向配線６２を形成した基板６１の全面或は一部に所望の形状で形成され、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、製法が適宜選択される。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。
【００６８】
電界放出素子６４を構成する一対の素子電極（図示せず）は、それぞれｍ本のＸ方向配線６２とｎ本のＹ方向配線６３に、導電性金属等からなる結線６５によって電気的に接続されている。
【００６９】
配線６２と配線６３を構成する材料、結線６５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に接続した配線は素子電極ということもできる。
【００７０】
Ｘ方向配線６２には、Ｘ方向に配列した電界放出素子６４の行を選択するための走査信号を印加するためのＸ方向走査信号印加手段６６が接続されている。一方、Ｙ方向配線６３には、Ｙ方向に配列した電界放出素子６４の各列を入力信号に応じて変調するための、変調信号発生手段６７及びＹ方向走査手段６８が接続されている。各電界放出素子に印加される駆動電圧は、当該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。
【００７１】
以上のように構成された単純マトリクス配線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。
【００７２】
次に、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形成装置について、図８を参照して説明する。図８は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【００７３】
図８において、リヤプレートを兼ねた電子源基板７１上には、絶縁性磁性体膜７２が形成され、この絶縁性磁性体膜７２上に複数個の電界放出素子７３が配置されている。電界放出素子７３は絶縁性磁性体７２上に形成されているので、電界及び磁場の作用により、真空中に放出された電子はアノードである蛍光膜７５に有効に吸引される。
【００７４】
参照符号７４は、ガラス基板の内面に蛍光膜７５とメタルパック７６等が形成されたフェースプレートを示す。フェースプレート７４は、画像を形成するために電子線に反応して光を発生する蛍光膜７５及び電子線を吸引する電圧を印加する高圧端子７７を備えている。参照符号７８は支持枠を示し、この支持枠７８には、リアプレート７１、フェースプレート７４がフリットガラス等を用いて接続されている。例えば、大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲で１０分間以上焼成することで、リアプレート７１およびフェースプレート７４が支持枠７８に封着接続され、表示パネルが構成される。
【００７５】
参照符号７９，８０は、表面伝導型電界放出素子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線をそれぞれ示す。
【００７６】
フェースプレート７４、支持枠７８、リアプレート７１等により、外囲器が構成される。なお、フェースプレート７４とリアプレート７１の間に、スペーサーと呼ばれる支持体８１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を構成することもできる。
【００７７】
蛍光膜７５は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成することができる。カラー表示の場合は、蛍光体の配列により、ブラックストライプあるいはブラックマトリクス等と呼ばれる黒色導電体と蛍光体とから蛍光膜７５を構成することができる。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、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光膜７５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と、蛍光膜７５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。
【００７８】
蛍光膜７５の内面側には、通常メタルパック７６が設けられる。メタルパック７６を設ける目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート７４側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として高圧端子７７と接続させること、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体を保護すること等である。メタルパック７６は、蛍光膜７５を作製した後、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Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることにより作製することができる。
【００７９】
上述の焼成による封着を行う際、カラー表示の場合は、各色蛍光体と電界放出素子とを対応させる必要があり、従って、高温でも位置ずれが生じないように、十分な位置合わせを行うことが望ましい。
【００８０】
以上のように構成された画像表示装置によると、電子放出効率の良好な電子放出素子を用いているため、低駆動電力で、従って、それほどの発熱を生ずることなく、画像表示を行うことが可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の電界放出装置によると、電界放出素子の電子放出部近傍に、放出電子に静磁場を作用させる磁性部材を配置しているため、電子放出効率を大幅に向上させることが出来る。また、そのような電界放出装置を用いて構成した画像表示装置によると、低駆動電力での駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電界放出素子を模式的に示す断面図。
【図２】放出電子に働く力を説明する模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る電界放出素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図４】電界放出素子の間隙部及び活性化の工程を説明する概略図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る電界放出素子を模式的に示す断面図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る電界放出素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図７】本発明に係る電子源の一例と駆動方法の概略を説明するための図。
【図８】本発明に係る画像表示装置の一例を示す概略図。
【図９】従来の電界放出素子の一例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１…基板、２，３…電極、４…導電性膜、５…間隙部、６…電子放出部、１１…絶縁性磁性膜、１２…第一の導電性膜、１３…有機金属、１４…第二の導電性膜、４１…導電性磁性膜、５１…第一の導電性膜、５２…導電性磁性膜、６１…電子源基板、６２…ｘ方向配線、６３…ｙ方向配線、６４…電界放出素子、６５…結線、６６…ｘ方向走査信号印加手段、６７…変調信号発生手段、６８…ｙ方向走査信号印加手段、７１…電子源基板、７２…絶縁性磁性膜、７３…電子放出素子、７４…フェースプレート、７５…蛍光膜、７６…メタルパック、７７…高圧端子、７８…支持枠、７９…ｘ方向配線、８０…ｙ方向配線、８１…支持体。
【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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