JP2000149764A

JP2000149764A - 冷陰極電界電子放出素子

Info

Publication number: JP2000149764A
Application number: JP31568098A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Iwase; 祐一岩瀬; Masami Okita; 昌海沖田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出層の上下を絶縁層を介して一対のゲー
ト電極層で挟んだエッジ型電界放出素子の静電容量を減
少させ、電子放出特性を安定化させる。【解決手段】冷陰極電界電子放出素子は、支持体上に、
帯状の第１ゲート電極層１１と、第１絶縁層と、帯状の
電子放出層１３と、第２絶縁層と、帯状の第２ゲート電
極層１６とがこの順に積層されて成る積層体を有し、第
１ゲート電極層１１と電子放出層１３と第２ゲート電極
層１６との重複領域において、第２ゲート電極層１６、
第２絶縁層、電子放出層１３及び第１絶縁層を貫通する
開口部１７が設けられ、開口部１７の壁面に露出した電
子放出層１３の端部を電子放出部とするものであって、
第１ゲート電極層１１と第２ゲート電極層１６とが、支
持体の法線方向から見たときに、重複領域以外の領域に
おいて互いに重複を避けた平面配置をとる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面型表示装置に
用いられる冷陰極電界電子放出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在主流の陰極線管（ＣＲＴ）に代わる
画像表示装置として、平面型（フラットパネル形式）の
表示装置が種々検討されている。このような平面型の表
示装置としては、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロ
ルミネッセンス表示装置（ＥＬＤ）、プラズマ表示装置
（ＰＤＰ）が例示される。又、熱的励起によらず固体か
ら真空中に電子を放出することが可能な冷陰極電界放出
型の表示装置、所謂フィールドエミッションディスプレ
イ（ＦＥＤ）も提案されており、画面の明るさ及び低消
費電力の観点から注目を集めている。

【０００３】冷陰極電界電子放出型の表示装置（以下、
単に、表示装置と称する場合がある）は、一般に、２次
元マトリクス状に配列された各画素に対応して電子放出
部を有するカソードパネルと、この電子放出部から放出
された電子との衝突により励起されて発光する蛍光体層
を有するアノードパネルとが、真空層を介して対向配置
された構成を有する。カソードパネル上の各画素におい
ては、通常、複数の電子放出部が形成され、更に、これ
ら電子放出部から電子を引き出すためのゲート電極も形
成されている。この電子放出部とゲート電極から構成さ
れた部分を、電界放出素子と称することにする。

【０００４】かかる表示装置の構成において、低い駆動
電圧で大きな放出電子電流を得るためには、電子放出部
の先端形状を鋭く尖らせた形状とすること、個々の電子
放出部を微細化して、一画素に対応する区画内における
電子放出部の存在密度を高めること、電子放出部の先端
とゲート電極との距離を短縮することが必要である。従
って、これらを実現するために、従来より様々な構成を
有する冷陰極電界電子放出素子が提案されている。

【０００５】従来の表示装置の代表例の１つとして、電
子放出部を円錐形の導電体で構成した、所謂スピント
（Ｓｐｉｎｄｔ) 型表示装置が知られている。この表示
装置のカソードパネル側においては、支持体上にカソー
ド電極層、絶縁層及びゲート電極層が順次形成されてい
る。そして、ゲート電極層及び絶縁層を貫通するよう
に、直径１μｍ程度の微細な開口部が２次元マトリクス
状に多数形成され、各開口部の底面に露出したカソード
電極上に電子放出部が１つずつ形成されている。開口部
の開口端部を構成するゲート電極に電圧が印加される
と、これによって生ずる電界の強度に応じて、電子放出
部の先端部から電子が放出される。放出された電子は開
口部の外へ引き出され、アノードパネル側の蛍光体層に
衝突してこの蛍光体層を励起・発光させ、所望の画像の
形成に寄与する。上記の円錐形の電子放出部は、導電材
料を垂直蒸着する過程で開口部の開口端付近に形成され
るこの導電材料のオーバーハング状の堆積物による遮蔽
効果を利用して、開口部の内部に入射可能な蒸着粒子の
量を経時的に減少させることで自己整合的に形成され
る。

【０００６】ところで、スピント型表示装置の電界放出
素子の電子放出特性は、開口部の開口端部を構成するゲ
ート電極の縁部から電子放出部の先端部までの距離に大
きく依存する。しかし、大面積の支持体の全体に亙って
電子放出層の形状と寸法を均一に揃えることは、実際に
は極めて困難であり、何らかの面内ばらつきやロット間
ばらつきは避けられない。このばらつきは、表示装置の
画像表示特性、例えば画像の明るさにばらつきを発生さ
せる原因となる。

【０００７】そこで、スピント型表示装置のこれらの欠
点を解消し得る表示装置として、所謂エッジ型表示装置
が提案されている。このエッジ型表示装置においては、
スピント型表示装置における円錐形の電子放出部を形成
する代わりに、支持体である絶縁性基板の上に第１絶縁
層、電子放出層、第２絶縁層、ゲート電極層を順次積層
し、この積層体に開口部を設け、この開口部の壁面に露
出した電子放出層の端面（エッジ）を何らかの方法で壁
面から突出させ、電子放出部として利用する。

【０００８】電子放出層の端面を開口部の壁面から突出
させる方法としては、通常、異方性エッチングと等方性
エッチングを組み合わせて上記積層体を加工する方法が
採られる。即ち、ゲート電極層は異方的条件下、ゲート
電極層の直下の第２絶縁層は等方的条件下、第２絶縁層
の直下の電子放出層は異方的条件下、電子放出層の直下
の第１絶縁層は等方的条件下でそれぞれエッチングする
ことにより、第１絶縁層及び第２絶縁層の壁面をゲート
電極層の開口端面や電子放出層の端面に比べて後退させ
る。かかる構成によれば、ゲート電極層の縁部から電子
放出部の先端部までの距離は、主として第２絶縁層の厚
さに依存することになり、この距離の制御はスピント型
表示装置の場合に比べて遥かに容易である。従って、大
面積の支持体上でも電子放出部の電子放出特性を均一化
することが容易となり、表示装置の画像の明るさも均一
化され得る。

【０００９】又、米国特許第５２１４３１７号公報に
は、電子放出層の上側のみならず、下側にもゲート電極
層を設け、電子放出層に一層強い電界を与えることが可
能な構造が開示されている。即ち、図２０に示すよう
に、基板５０上に導電層５１、第１絶縁層５２、下部ゲ
ート電極層５３、第２絶縁層５４、電子放出層５５、第
３絶縁層５６、及び上部ゲート電極層５７を順次積層し
た積層体に、導電層５１を除く層を貫通し、底面に導電
層５１を露出させるような開口部５８が設けられてい
る。そして、開口部５８の壁面から突出した電子放出層
５５の先端部から放出された電子ｅが、開口部５８の外
部へ導出される。電子放出層５５の先端部は、等方性エ
ッチングで膜厚を減ずることにより曲率半径が減少され
ており、これにより電子放出密度が高められている。

【００１０】なお、これら第２ゲート電極層５７、電子
放出層５５及び下部ゲート電極層５３に対面配置されて
いる導電膜５９は、電子放出層５５から放出された電子
を引き付けるための電極を構成し、又、開口部５８の底
面に露出している導電層５１は、表面保護、電位の安定
化、絶縁破壊やノイズの防止を目的として設けられてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
米国特許第５２１４３１７号公報に示したように、電子
放出層の上下にゲート電極層を配したエッジ型の表示装
置の場合、薄い絶縁層を介して導電材料から成る層が対
向した構造を必然的に備えるため、第１ゲート電極層と
第２ゲート電極層の間、電子放出層と第１ゲート電極層
の間、及び／又は電子放出層と第２ゲート電極層との間
で静電容量が増大し易い。この静電容量は、上下のゲー
ト電極層及び電子放出層自身の配線抵抗と共に時定数を
増大させ、入力信号に対する電界放出素子の動作を遅延
させる原因となる。又、エッジ型の表示装置の消費電力
は静電容量に比例しており、静電容量の増大はそのまま
消費電力の増大にもつながる。

【００１２】又、上記のような構成のエッジ型表示装置
においては、通常、上部ゲート電極層に定電圧、下部ゲ
ート電極層に信号電圧を印加するが、このような系に静
電容量が存在すると、下部ゲート電極層の電位の変化が
この静電容量を介して上部ゲート電極層に影響を及ぼす
可能性がある。電子の軌道を安定化させるために本来一
定であるべき上部ゲート電極層の電位が変動すると、電
子の軌道が変化し、画像表示の不安定化や画質低下の原
因となる。更に、この静電容量の存在により、下部ゲー
ト電極層の電位変化に対して必要以上に大きな電位変化
が電子放出層に発生する可能性もあり、このことも画像
表示の不安定化の原因となる。

【００１３】更に、電界放出素子に関する一般的な問題
として、電子放出部の特性のばらつきが挙げられる。電
子放出部は、カソードパネル上に数十万個から数億個も
の単位で同一プロセスにより形成されるが、個々の電子
放出部は電子顕微鏡下で一見同じように観察されても、
実際には隣接ライン間でも数ボルトの電位ばらつきが発
生していることがあり、ひいてはライン間の輝度ばらつ
きの原因となっている。この電位ばらつきは、電子放出
部の微視的な表面状態の差異に起因すると考えられてい
るが、原因は必ずしも明らかではなく、現行の製造技術
ではほぼ不可避的に発生している。

【００１４】そこで、電子放出部の電位ばらつきを抑え
るため、従来より次のような対策が提案されている。（ａ）１画素を１０００個程度の単位の電子放出部で構
成する。（ｂ）各電子放出部に抵抗体を接続する。（ｃ）各電子放出部に電流制御回路を接続する。

【００１５】上記対策（ａ）には、平均化効果により個
々の電子放出部の特性ばらつきを顕在化させ難くする狙
いがあるが、単位面積当たりの画素数が大きく制限され
る問題がある。上記対策（ｂ）は、電流の流れ易い電子
放出部ほど大きな電圧降下を生じさせることにより、電
子放出部の特性ばらつきを顕在化させ難くするものであ
る。上記対策（ｃ）の電流制御回路は上記対策（ｂ）の
抵抗に替えて用いられるものであり、優れた特性ばらつ
き抑制効果が期待できるが、電流制御回路そのものを駆
動させる電力が必要な上に、素子構成が複雑化し、製造
歩留まりやスループットを低下させる虞れが大きい。

【００１６】従って、最も簡便に特性ばらつき抑制効果
が得られる対策は、抵抗体を利用する対策（ｂ）である
と考えられる。しかしながら、エッジ型の電界放出素子
の電子放出層に抵抗体を接続する場合、通常、抵抗体そ
のものが誘電率の高い物質であることから、抵抗体の配
設位置によっては前述の静電容量がますます増大してし
まう。即ち、抵抗体が電子放出層と上部ゲート電極層と
の重複部位に重なって形成されることは、不利益であ
る。

【００１７】そこで、本発明は、静電容量の抑制を通じ
て電子放出特性の安定化を図り、表示装置に組み込まれ
た場合にも入力信号に対する高速応答性に優れ、又、画
像表示の安定性と画質の改善を図ることが可能な冷陰極
電界電子放出素子を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の冷陰極電界電子
放出素子（以下、電界放出素子と称する）は、支持体上
に、帯状の第１ゲート電極層と、第１絶縁層と、帯状の
電子放出層と、第２絶縁層と、帯状の第２ゲート電極層
とがこの順に積層されて成る積層体を有し、第１ゲート
電極層と電子放出層と第２ゲート電極層との重複領域に
おいて、第２ゲート電極層、第２絶縁層、電子放出層及
び第１絶縁層を貫通する開口部が設けられ、開口部の壁
面に露出した電子放出層の端部を電子放出部とするもの
であって、第１ゲート電極層と第２ゲート電極層とが、
支持体の法線方向から見たときに、重複領域以外の領域
において互いに重複を避けた平面配置をとることによ
り、上述の目的を達成する。

【００１９】上記の重複領域とは、電子放出層の上下が
第２ゲート電極層及び第１ゲート電極層に挟まれ、電子
放出部の近傍に所定の電界が形成され、電子の放出を可
能とする領域である。従って、重複領域においては原理
上、ある程度の静電容量が発生することはやむを得な
い。しかし、重複領域以外の領域（以下、「外領域」と
称する）においては、第１ゲート電極層と第２ゲート電
極層とが重複して形成される必要は全くない。しかも、
画素数が増大するほど、又、これに伴って電子放出部の
数が増大するほど、電界放出素子の総面積に占める外領
域の面積比も増大する。従って、この外領域における第
１ゲート電極層と第ゲート電極層の重複を避けること
は、電界放出素子全体の静電容量の低減に極めて大きく
貢献する。又、逆に言えば、本発明の電界放出素子の静
電容量が仮に従来型の電界放出素子の静電容量と同じで
あるとすれば、本発明の方が第１絶縁層及び／又は第２
絶縁層をより薄く形成することができ、電界放出素子の
薄型化に貢献できる。

【００２０】外領域における上下のゲート電極層、即
ち、第２ゲート電極層と第１ゲート電極層は、支持体の
法線方向から見て全く重なっていないことが理想である
が、レイアウト上の事情により生ずる両ゲート電極層の
重なりは、本発明において許容される。例えば、外領域
における第２ゲート電極層と第１ゲート電極層の総面積
中、数％程度の重なりは許容される。

【００２１】なお、「重複領域」の本来の定義は、「第
１ゲート電極層と電子放出層と第２ゲート電極層の三者
が完全に重なる領域」であるが、本発明の実施の形態に
よっては、必ずしも三者が完全に重ならない領域も便宜
上、重複領域に含めることがある。これは、後述するよ
うに、電子放出層が島状部とこれを周回する枠部とから
構成される場合、更に島状部が複数並列に形成されてい
る場合に、島状部と枠部との間、あるいは隣接する島状
部同士の間の微細な隙間には電子放出層が存在しないの
で、厳密な意味ではこの隙間部分は重複領域には該当し
ないが、本発明ではかかる隙間部分も重複領域に含める
ものとする。

【００２２】第１ゲート電極層と第２ゲート電極層が同
じ方向（第１方向）に延在し、電子放出層が異なる方向
（第２方向）に延在する場合には、第１ゲート電極層と
第２ゲート電極層の少なくとも一方が、外領域に位置す
る延在方向中途部で屈曲して重複領域を通過する構成が
可能である。勿論、双方のゲート電極層が屈曲していて
も構わないが、支持体上の限られた面積内で電子放出部
の集積密度を上げるためには、一方を直線状、他方を屈
曲状とすることが好適である。又、第１方向と第２方向
とは、効率よく重複領域を形成し得る限りにおいて互い
にいかなる角度を成していてもよいが、上記の集積密度
を考慮すると、直交することが最も望ましい。

【００２３】上述のように第１ゲート電極層と第２ゲー
ト電極層のいずれか一方が外領域で屈曲して重複領域を
通過する場合、重複領域と隣接する外領域においては、
必然的に、両ゲート電極層の重なり面積が徐々に増大又
は減少する遷移領域（延在方向中途部に相当する）が形
成される。本発明では、このような遷移領域も外領域に
含まれる。

【００２４】一方、第１ゲート電極層と第２ゲート電極
層の延在方向が異なる場合には、これら両ゲート電極層
のいずれか一方が電子放出層と同じ方向に延在すること
になる。即ち、（ケース１）第１ゲート電極層を第１方
向、電子放出層を第２方向、第２ゲート電極層を第２方
向にそれぞれ延在させる、又は、（ケース２）第１ゲー
ト電極層を第１方向、電子放出層を第１方向、第２ゲー
ト電極層を第２方向にそれぞれ延在させる２通りのケー
スが可能である。

【００２５】上記の（ケース１）又は（ケース２）を採
用する場合には、両ゲート電極層同士の重なり面積が低
減される代わりに、外領域において、電子放出層と、こ
の電子放出層と同じ方向に延在するゲート電極層との間
で重なり面積が増大する。そこで、本発明では、外領域
における上記重なり面積の増大を防ぐため、帯状のゲー
ト電極層中、外領域を通過する部分の幅を、重複領域を
通過する部分の幅よりも狭くすることが好ましい。具体
的には、（ケース１）の第２ゲート電極層、又は（ケー
ス２）の第１ゲート電極層を、重複領域に位置するゲー
ト電極形成部と、ゲート電極形成部よりも狭い幅にてゲ
ート電極形成部同士を連結する連結部とから構成するこ
とが好ましい。即ち、これらのゲート電極層が、外領域
においてはゲート電極形成部よりも幅の狭い連結部のみ
を持つことが好適である。

【００２６】隣接するゲート電極形成部の間に配される
連結部の数は、単数でも複数でもよく、又、配設位置も
特に限定されない。ただし、次に述べるように電子放出
層を島状部と枠部から構成し、且つ島状部と枠部とを抵
抗体層で連結する場合には、ゲート電極層として必要な
機械的強度を維持しつつ、後述する枠部及び抵抗体層と
の重複をできるだけ避けるため、ゲート電極形成部の幅
方向の両端部を２本の連結部で連結した構成を採用する
ことが、特に好適である。

【００２７】本発明の電界放出素子における電子放出層
は、重複領域に位置する少なくとも１つの島状部と、島
状部を周回する枠部とから成り、島状部を貫通して開口
部を形成することにより、島状部の端部を電子放出部と
して露出させ、島状部と枠部とは抵抗体層により接続さ
れていることが好適である。即ち、島状部が実質的な電
子放出部として機能する部分、枠部が電子放出部の引き
出し電極として機能する部分である。上述のように、一
方のゲート電極層の延在方向が電子放出層の延在方向と
同じであって、且つゲート電極形成部の幅方向の両端部
が２本の連結部で連結されている場合には、支持体の法
線方向から見たとき、これら両連結部で挟まれる領域、
即ち、ゲート電極層が存在しない領域を枠部の一部が通
過するような平面配置とすることが好適である。

【００２８】抵抗体層は、各島状部の特性のばらつきを
顕在化させ難くする役割を果たす。抵抗値は、概ね１×
１０⁵〜１×１０⁷Ω、好ましくはこの数ＭΩのオーダー
で選択される。これは、１μＡの電流に対して数Ｖの電
圧降下が望める値である。１つの重複領域に島状部が１
つだけある場合には、重複領域間で島状部の特性ばらつ
きが見掛け上抑えられ、１つの重複領域に複数の島状部
がある場合には、重複領域内及び重複領域間の双方で島
状部の特性ばらつきが見掛け上抑えられる。抵抗体層の
構成材料としては、アモルファスシリコン等の半導体材
料や、酸化タンタル等の高融点金属酸化物を典型的に使
用することができる。

【００２９】抵抗体層は、支持体の法線方向から見たと
きに、重複領域外、即ち、外領域に位置することが好適
である。上述のように、一方のゲート電極層の延在方向
が電子放出層の延在方向と同じであって、且つゲート電
極形成部の幅方向の両端部が２本の連結部で連結されて
いる場合には、支持体の法線方向から見たとき、これら
両連結部で挟まれる領域、即ち、ゲート電極層が存在し
ない領域に抵抗体層が配置されるような平面配置とする
ことが好適である。

【００３０】抵抗体層による島状部と枠部との接続は、
半導体装置の製造分野における一般的な多層配線の接続
と同様、絶縁層に開口された接続孔を介して行うことも
勿論可能であるが、島状部の表面から第１絶縁層の表面
を経て枠部の表面に至るように行うこともできる。第１
絶縁層の表面を経て島状部と枠部とを抵抗体層によって
直接的に接続する構成によれば、電子放出層の上に新た
な絶縁層を設ける必要も、接続孔形成用の孔部を形成す
る必要もない。従って、電界放出素子の製造プロセスが
大幅に簡略化される上、接続に要するスペースも少なく
て済み、集積度を高める観点からも好ましい。

【００３１】上述のように抵抗体層が島状部の表面から
第１絶縁層の表面を経て枠部の表面に至るように形成さ
れていることは、製造プロセスの観点からみると、島状
部と枠部と第１絶縁層の上で抵抗体層を直にパターニン
グしなければならないことを意味する。かかるパターニ
ングをエッチングで行うためには、抵抗体層の構成材料
として、特定のエッチング種に対するエッチング速度が
電子放出層や第１絶縁層よりも大きい材料から成る材料
を選択することが必要である。例えば、第１絶縁層の構
成材料として酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、電子放出層の
構成材料としてタングステン（Ｗ）、抵抗体層の構成材
料としてアモルファスシリコンをそれぞれ選択した場
合、ドライエッチングのエッチング種としてフッ素系エ
ッチング種や塩素系エッチング種を使用すれば、下地の
電子放出層や第１絶縁層に対して十分に高い選択比を維
持しながら抵抗体層をエッチングし、所望の形状にパタ
ーニングすることができる。その他、抵抗ペーストを用
い、スクリーン印刷法により抵抗体層を形成することも
可能である。

【００３２】支持体は、少なくとも表面が絶縁性部材よ
り構成されていればよく、ガラス基板、表面に絶縁膜が
形成されたガラス基板、石英基板、表面に絶縁膜が形成
された石英基板、表面に絶縁膜が形成された半導体基板
を例示することができる。

【００３３】第１ゲート電極層及び第２ゲート電極層
は、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル
（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロ
ム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金
属層又はこれらの金属元素を含む合金層を用いて形成す
ることができる。これら第１ゲート電極層及び第２ゲー
ト電極層の形成方法としては、蒸着、スパッタリング、
ＣＶＤ、イオン・プレーティング等、通常の薄膜作製プ
ロセスが利用できる。

【００３４】電子放出層は、タングステン（Ｗ）、ニオ
ブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリ
ブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属層又はこれらの金属元素を含
む合金層、あるいはダイヤモンド等の半導体層を用いて
形成することができる。厚さはおおよそ５０〜５００ｎ
ｍ、好ましくは１００〜３００ｎｍの範囲とする。

【００３５】第１絶縁層及び第２絶縁層の構成材料とし
ては、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮを単独あるいは適宜
組み合わせて使用することができる。これら第１絶縁層
及び第２絶縁層の形成には、ＣＶＤ、塗布、スパッタリ
ング等の公知のプロセスが利用できる。

【００３６】開口部の形状としては、円、楕円、あるい
はｎ角形（但し、ｎは３以上の整数）を挙げることがで
きる。ｎ角形は、正ｎ角形でなくてもよく、又、その頂
点は丸みを帯びていてもよい。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき、本
発明の電界放出素子の典型的な構成例について説明す
る。

【００３８】（実施の形態１）実施の形態１は、第１ゲ
ート電極層と第２ゲート電極層とが同じ方向に延在し、
電子放出層がこれら両ゲート電極層と直交する方向に延
在し、第１ゲート電極層が延在方向中途部にて屈曲した
電界放出素子に関する。図１は、実施の形態１にかかる
電界放出素子に含まれる４種類の導電層、即ち、第１ゲ
ート電極層、電子放出層、抵抗体層及び第２ゲート電極
層のレイアウトの一部を示す平面図、図２は図１に示さ
れる重複領域の１つをその近傍領域と共に示す分解斜視
図、図３は図１のＡ−Ａ線断面及びＢ−Ｂ線断面を示す
模式的断面図である。なお、図１と図２では、図示の都
合上、支持体及び全ての絶縁層を省略している。

【００３９】まず、図１及び図２を参照して、実施の形
態１にかかる電界放出素子における各層のレイアウトを
説明する。これらの図は、支持体１０（図３を参照）の
法線方向から見たレイアウトを示しており、最下層が第
１ゲート電極層１１、中間が電子放出層１３、最上層が
第２ゲート電極層１６である。抵抗体層１４は、電子放
出層１３に接して形成されている。第１ゲート電極層１
１と第２ゲート電極層１６は図中Ｙ方向に延在し、電子
放出層１３はこれらと直交するＸ方向に延在している。

【００４０】電子放出層１３は、島状部１３ａとこれを
周回する枠部１３ｂとから構成されている。図１では、
並列された矩形の島状部１３ａが３個一組にて枠部１３
ｂで囲まれているが、勿論、枠部１３ｂで囲まれた島状
部１３ａの形状や数はこれに限定されない。島状部１３
ａは実際に電子放出部を構成する部分であるから、上下
を第１ゲート電極層１１と第２ゲート電極層１６とで挟
まれている必要がある。これら島状部１３ａと第１ゲー
ト電極層１１と第２ゲート電極層１６の三者の平面配置
が重なる部分が重複領域であり、図１では矢印で示すＸ
方向幅とＹ方向幅とが交差する矩形の領域が重複領域と
なる。ただし、前述したように、ここでは便宜上、隣接
する島状部１３ａの間、及び島状部１３ａと枠部１３ｂ
との間の微細な隙間のように電子放出層１３が存在しな
い領域も含めて、重複領域と称することにする。重複領
域では、各島状部１３ａ毎に矩形の開口部１７が１つず
つ形成されている。なお、重複領域以外の領域は、外領
域である。

【００４１】第２ゲート電極層１６は、直線状のパター
ンに形成されている。一方、第１ゲート電極層１１は、
外領域では第２ゲート電極層１６と重ならないよう、平
面配置上は第２ゲート電極層１６と並列に延在している
が、途中で重複領域へ向かって屈曲し、重複領域では第
２ゲート電極層１６と重なる。図１に示した例では、外
領域における第１ゲート電極層１１のエッジと第２ゲー
ト電極層１６のエッジとの間に若干の平面配置上の隙間
があるが、勿論双方のエッジの位置が一致していてもよ
く、又、アライメントずれに起因する重なりは許容され
る。

【００４２】第１ゲート電極層１１の屈曲部分において
は、両ゲート電極層１１，１６の重なり面積が徐々に増
大又は減少する遷移領域（延在方向中途部）が形成され
ている。かかる遷移領域の一部においては、第１ゲート
電極層１１、電子放出層１３、及び第２ゲート電極層１
６の三者が重複する。ただし、この遷移領域に含まれる
電子放出層１３は枠部１３ｂであって、電子放出部の構
成に関与する部分ではないので、本発明では遷移領域を
重複領域には含めず、外領域に含めることにする。

【００４３】抵抗体層１４は、外領域において島状部１
３ａと枠部１３ｂとを接続している。図１に示した例で
は、第２ゲート電極層１６のエッジと抵抗体層１４のエ
ッジとの間に若干の平面配置上の隙間があるが、勿論双
方のエッジの位置が一致していてもよく、又、アライメ
ントずれに起因する重なりは許容される。

【００４４】抵抗体層１４は、図２からも明らかなよう
に、島状部１３ａと枠部１３ｂの上で直接にパターニン
グされている。島状部１３ａと枠部１３ｂとの間には、
第１絶縁層１２が露出しており（図３の（Ａ）を参
照）、抵抗体層１４は第１絶縁層１２の表面上、並びに
島状部１３ａ及び枠部１３ｂ上に形成されている。この
ような形態による接続は、絶縁膜に開口された接続孔を
介する接続に比べて少ない工程数で達成できる上に、接
続長を短縮して電界放出素子の微細化や高集積化に貢献
できること等の利点をもたらす。

【００４５】図１及び図２に示した電界放出素子の断面
図を、図３に示す。図３の（Ａ）は図１のＡ−Ａ線断面
図、即ち、重複領域を含む断面図であり、図３の（Ｂ）
は図１のＢ−Ｂ線断面図、即ち、重複領域を含まない断
面図である。この電界放出素子においては、支持体１０
上に、第１ゲート電極層１１、第１絶縁層１２、電子放
出層１３、第２絶縁層１５、第２ゲート電極層１６がこ
の順に積層された積層体が形成され、重複領域におい
て、第２ゲート電極層、第２絶縁層、電子放出層及び第
１絶縁層を貫通する開口部１７が穿設されている。開口
部１７の底面には第１ゲート電極層１１が露出してい
る。又、開口部１７の壁面、即ち、第２絶縁層１５及び
第１絶縁層１２により構成される壁面は、第２ゲート電
極層１６の開口端面より後退しており、この壁面から突
出した島状部１３ａの端部が電子放出部とされている。
島状部１３ａの端部は先鋭化されており、電子放出効率
を高めることが可能である。一画素は、かかる開口部１
７が複数個集合して構成されている。

【００４６】上述のように構成された電界放出素子にお
いては、電子放出層１３の上下を絶縁層１２，１５を介
して挟む第２ゲート電極層１６と第１ゲート電極層１１
との間の不必要な重なりが排されているために、静電容
量の増大が抑えられる。従って、第２ゲート電極層１６
の電位が安定化され、放出電子の軌道が一定に保たれる
と共に、電子放出層１３の電位が第１ゲート電極層１１
に印加される信号電圧の影響を受け難くなる。かかる電
界放出素子をアノードパネルと組み合わせて構成された
表示装置においては、良好な画像を常に安定して得るこ
とが可能となる。

【００４７】次に、上述した電界放出素子の製造方法に
ついて、図４乃至図１１を参照しながら説明する。な
お、これらの図面では、重複領域を含む断面のみを代表
して示す。

【００４８】［工程−１００］先ず、図４に示すよう
に、一例としてガラス基板から成る支持体１０の上に、
スパッタリングにより厚さ約０．２μｍのタングステン
膜を成膜し、通常の手順に従ってフォトリソグラフィ及
びドライエッチングによりこのタングステン膜をパター
ニングし、第１ゲート電極層１１を形成する。この第１
ゲート電極層１１は、Ｙ方向に延在し、屈曲パターンを
有する。

【００４９】［工程−１１０］次に、図５に示すよう
に、全面に第１絶縁層１２を形成する。ここでは一例と
して、ＳｉＯ₂膜を約０．３μｍの厚さに形成する。更
に、この第１絶縁層１２の上にタングステンから成る導
電膜を０．２μｍの厚さに形成した後、所定の形状にパ
ターニングし、Ｘ方向に延在する電子放出層１３を形成
する。この所定の形状とは、図１に示した島状部１３ａ
と枠部１３ｂである。

【００５０】［工程−１２０］次に、図６に示すよう
に、島状部１３ａと枠部１３ｂとを接続する抵抗体層１
４を形成する。この抵抗体層１４は、例えばプラズマＣ
ＶＤ法により全面に形成されたアモルファスシリコン膜
を、通常の手順に従ってフォトリソグラフィ及びドライ
エッチングによりパターニングして形成される。ドライ
エッチングには、プラズマ中にフッ素系エッチング種を
生成し得るフッ素系ガスを用いる。電子放出層１３を構
成するタングステン及び第１絶縁層を構成するＳｉＯ₂
は、いずれもフッ素系エッチング種により高速にエッチ
ングされる材料の代表例であるが、フッ素系エッチング
種によるエッチング速度はアモルファスシリコンよりも
遥かに遅い。このため、絶縁層を介在させることなく、
下地の電子放出層１３や第１絶縁層１２の上で、直接、
抵抗体層１４をパターニングすることができる。

【００５１】［工程−１３０］次に、図７に示すよう
に、全面に例えばＳｉＯ₂から成る第２絶縁層１５を例
えば約０．７５μｍの厚さに形成する。更に、この第２
絶縁層１５の上に厚さ約０．２μｍのタングステン膜を
形成し、所定のパターニングを行うことによって、第２
ゲート電極層１６を得る。この第２ゲート電極層１６
は、重複領域を含む断面を示す図７では、第１ゲート電
極層１１と縦方向位置が揃った配置をとるが、外領域で
は既に図３の（Ｂ）に示したように、互いの重複を避け
た配置をとる。なお、第２ゲート電極層１６の構成材料
や厚さについては、第１ゲート電極層１１と同じであっ
てもよいし、異なっていてもよい。

【００５２】［工程−１４０］次に、全面をレジスト材
料膜で被覆し、通常の手順によるフォトリソグラフィ及
び現像処理を経て、レジスト・パターン１８を形成す
る。このレジスト・パターン１８は、島状部１３ａのほ
ぼ中央部を露出させるレジスト開口部１８ａを有する。
レジスト開口部１８ａの平面形状は矩形であり、図８に
はその短辺方向の断面が示されている。矩形の長辺はお
およそ１００μｍ、短辺は数μｍ〜１０μｍである。続
いて、レジスト開口部１８ａの底面に露出した第２ゲー
ト電極層１６を例えばＲＩＥ（反応性イオン・エッチン
グ）法により異方的にエッチングし、開口部１７ａを形
成する（図８参照）。ここでは第２ゲート電極層１６を
タングステンを用いて構成しているので、ＳＦ₆ガスを
用いたエッチングにより垂直壁を有する開口部１７ａを
形成することができる。

【００５３】［工程−１５０］次に、図９に示すよう
に、開口部１７ａの底面に露出した第２絶縁層１５を等
方的にエッチングし、開口部１７ｂを形成する。ここで
は第２絶縁層１５をＳｉＯ₂を用いて形成しているの
で、緩衝化フッ酸水溶液を用いたウェットエッチングを
行う。このとき、第２絶縁層１５の壁面は、第２ゲート
電極層１６の開口端面よりも後退するが、このときの後
退量はエッチング時間の長短により制御することができ
る。ここでは、第２絶縁層１５の下端が第２ゲート電極
層１６の開口端面よりも後退するまで、第２絶縁層１５
のウェットエッチングを行う。

【００５４】［工程−１６０］次に、図１０に示すよう
に、開口部１７ｂの底面に露出した島状部１３ａを、イ
オンを主エッチング種とする条件によりドライエッチン
グする。イオンを主エッチング種とするドライエッチン
グでは、被エッチング物へのバイアス電圧の印加やプラ
ズマと磁界との相互作用を利用して荷電粒子であるイオ
ンを加速することができるため、一般には異方性エッチ
ングが進行し、被エッチング物の加工面は垂直壁とな
る。しかし、この［工程−１６０］では、プラズマ中の
主エッチング種の中にも垂直以外の角度を有する入射成
分が若干存在すること、及び第２ゲート電極層１６の開
口端部における散乱によってもこの斜め入射成分が生ず
ることにより、島状部１３ａの露出面の中で、本来であ
れば第２ゲート電極層１６によって遮蔽されてイオンが
到達しないはずの領域にも、ある程度の確率で主エッチ
ング種が入射する。このとき、支持体１０の法線に対す
る入射角の小さい主エッチング種ほど入射確率は高く、
入射角が大きい主エッチング種ほど入射確率は低い。

【００５５】従って、島状部１３ａの開口部１７ｃの上
端部の位置は第２絶縁層１５の下端部とほぼ揃っている
ものの、島状部１３ａの開口部１７ｃの下端部はその上
端部よりも突出した状態となる。つまり、島状部１３ａ
の厚さが、突出方向の先端部に向けて薄くなり、端部が
先鋭化される。ここでは、エッチング・ガスとしてＳＦ
₆を用いると、島状部１３ａを上述のような形状に加工
し、開口部１７ｃを形成することができる。

【００５６】［工程−１７０］続いて、開口部１７ｃの
底面に露出した第１絶縁層１２を等方的にエッチング
し、開口部１７を完成させる（図１１参照）。ここで
は、前述の第２絶縁層１５の場合と同様に、緩衝化フッ
酸水溶液を用いたウェットエッチングを行う。第１絶縁
層１２の壁面は、島状部１３ａに形成された開口部１７
ｃの下端部よりも後退する。このときの後退量はエッチ
ング時間の長短により制御可能である。このとき、先に
形成された第２絶縁層１５の壁面は更に後退する。な
お、開口部１７の完成後にレジスト・パターン１８を除
去すると、図３の（Ａ）に示した構成を得ることができ
る。

【００５７】以上のようにして作製された電界放出素子
のカソードパネル側の構造部を、スペーサを介してアノ
ードパネルと接合し、両パネルの間の空間を高真空に排
気し、外部電源回路を接続すると、エッジ型表示装置が
完成される。アノードパネルには、所定のパターンに形
成された蛍光体層とアノード電極層が設けられている。
外部電源回路には第１ゲート電極用電源、第２ゲート電
極用電源、アノード用電源が含まれ、第１ゲート電極層
１１及び第２ゲート電極層１６に正電圧、アノードパネ
ルのアノード電極層（図示せず）にこれより大きな正電
圧が印加される。また、電子放出素子を動作させる場合
には、電子放出層１３には負電圧が印加され、あるいは
又、電子放出層１３は接地される。一方、電子放出素子
を動作させない場合には、電子放出層１３には第２ゲー
ト電極層１６に印加される電圧と略等しい電圧を印加す
る。

【００５８】かかる電子放出素子の構成においては、開
口部１７の壁面に露出した電子放出層１３の端部に強い
電界が加わり、量子トンネル効果により端部から電子が
放出される。放出された電子の一部は、そのまま開口部
１７からアノードパネル側の蛍光体層に向かい、他の一
部は第１ゲート電極層１１の表面で反跳された後に蛍光
体層に向かう。更に、電子放出層１３から放出された電
子の衝突により第１ゲート電極層１１の表面から二次電
子放出が生ずることもあり、かかる二次電子も蛍光体層
に向かう。これらいずれの電子も、最終的には蛍光体層
を励起させこれを発光させることに寄与する。

【００５９】なお、上述の実施の形態１において、第１
ゲート電極層１１と第２ゲート電極層１６のパターンは
互いに交換可能である。即ち、第１ゲート電極層を直線
パターン、第２ゲート電極層１６を屈曲パターンとする
ことができる。

【００６０】（実施の形態２）実施の形態２は、電子放
出層と第２ゲート電極層とが同じ方向に延在し、第１ゲ
ート電極層がこれらと直交する方向に延在した電界放出
素子に関する。図１２は、実施の形態２にかかる電界放
出素子に含まれる４種類の導電層、即ち、第１ゲート電
極層、電子放出層、抵抗体層及び第２ゲート電極層のレ
イアウトの一部を示す平面図、図１３は図１２に示され
る重複領域の１つをその近傍領域と共に示す分解斜視
図、図１４は図１２のＣ−Ｃ線断面及びＤ−Ｄ線断面を
示す模式的断面図である。なお、図１２と図１３では図
示の都合上、支持体及び全ての絶縁層を省略している。

【００６１】まず、図１２及び図１３を参照して、本発
明の第２の実施の形態にかかる電界放出素子における各
層のレイアウトを説明する。これらの図は、支持体１０
（図１４を参照）の法線方向から見たレイアウトを示し
ており、最下層が第１ゲート電極層２１、中間が電子放
出層２３、最上層が第２ゲート電極層２６である。抵抗
体層１４は、電子放出層２３に接して形成されている。
第１ゲート電極層２１は図中Ｙ方向に延在し、電子放出
層２３と第２ゲート電極層２６は、第１ゲート電極層２
６の延在方向と直交するＸ方向に延在している。

【００６２】電子放出層２３は、島状部２３ａとこれを
周回する枠部２３ｂとから構成されている。図１２で
は、並列された矩形の島状部２３ａが３個一組にて枠部
２３ｂで囲まれているが、勿論、枠部１３ｂで囲まれた
島状部２３ａの形状や数はこれに限定されない。島状部
２３ａは実際に電子放出部を構成する部分であるから、
上下を第１ゲート電極層２１と第２ゲート電極層２６と
で挟まれている必要がある。これら島状部２３ａと第１
ゲート電極層２１と第２ゲート電極層２６の三者が平面
配置上で重なる部分が重複領域であり、図１２では矢印
で示すＸ方向幅とＹ方向幅とが交差する矩形の領域が重
複領域となる。実施の形態２では、重複領域のＹ方向幅
は電子放出層２３及び第２ゲート電極層の幅と等しい。
ただし前述したように、ここでは便宜上、隣接する島状
部２３ａの間、及び島状部２３ａと枠部２３ｂとの間の
微細な隙間のように電子放出層２３が存在しない領域も
含めて、重複領域と称する。重複領域では、各島状部２
３ａ毎に矩形の開口部１７が１つずつ形成されている。
なお、重複領域以外の領域は、外領域である。

【００６３】第２ゲート電極層２６は、重複領域に位置
するゲート電極形成部２６ａと、このゲート電極形成部
２６ａ同士をその両端部にて連結する連結部２６ｂとか
ら構成され、全体として梯子に類似した帯状を成してい
る。ゲート電極形成部２６ａの平面配置は、重複領域内
で第１ゲート電極層２１の平面配置とほぼ一致している
が、連結部２６ｂの延在方向は第１ゲート電極層２１と
直交しており、連結部２６ｂは第１ゲート電極層２１と
は重なっていない。即ち、実施の形態２にかかる電界放
出素子においては、外領域における第１ゲート電極層２
１と第２ゲート電極層２６との重複を避けた平面配置が
採られている。

【００６４】連結部２６ｂは、第１ゲート電極層２１と
は重ならないものの、電子放出層２３のＸ方向に延在す
る枠部２３ｂには重なっている。しかし、第２ゲート電
極層２６において、隣接するゲート電極形成部２６ａと
その両端部の連結部２６ｂとで囲まれる矩形の領域は、
第２ゲート電極層２６の存在しない窓部であり、支持体
の法線方向から見たときの窓部の平面配置は、電子放出
層２３のＹ方向に延在する枠部２３ｂ、及び抵抗体層１
４に重なっている。従って、外領域における第２ゲート
電極層２６と電子放出層２３との重なりは最小限に抑え
られ、静電容量の増大が抑制される。勿論、抵抗体層１
４と第２ゲート電極層２６との間の静電容量も増大しな
い。

【００６５】抵抗体層１４は、外領域において島状部２
３ａと枠部２３ｂとを接続している。図１２に示した例
では、第２ゲート電極層２６のエッジと抵抗体層１４の
エッジとの間に若干の平面配置上の隙間があるが、勿論
双方のエッジの位置が一致していてもよく、又、アライ
メントずれに起因する重なりは許容される。抵抗体層１
４は、第１の実施の形態と同様、島状部２３ａと枠部２
３ｂの上、並びに第１絶縁層１２の上で直接にパターニ
ングされている。

【００６６】図１２及び図１３に示した電界放出素子の
断面図を、図１４に示す。図１４の（Ａ）は図１２のＣ
−Ｃ線断面図、即ち、重複領域を含む断面図であり、図
１４の（Ｂ）は図１２のＤ−Ｄ線断面図、即ち、重複領
域を含まない断面図である。この電界放出素子において
は、支持体１０上に、第１ゲート電極層２１、第１絶縁
層１２、電子放出層２３、第２絶縁層１５、第２ゲート
電極層２６がこの順に積層された積層体が形成され、重
複領域において、第２ゲート電極層２６、第２絶縁層１
５、電子放出層２３及び第１絶縁層１２を貫通する開口
部１７が穿設されている。開口部１７の底面には第１ゲ
ート電極層２１が露出している。又、開口部１７の壁
面、即ち、第２絶縁層１５及び第１絶縁層１２により構
成される壁面は、第２ゲート電極層２６の開口端面より
後退しており、この壁面から突出した島状部２３ａの端
部が電子放出部とされている。島状部２３ａの端部は先
鋭化されており、電子放出効率を高めることが可能であ
る。一画素は、かかる開口部１７が複数個集合して構成
されている。

【００６７】上述のように構成された電界放出素子にお
いては、電子放出層２３の上下をそれぞれ第２絶縁層１
５及び第１絶縁層１２を介して挟む第２ゲート電極層２
６と第１ゲート電極層２１との間の不必要な重なりが排
されているために、静電容量の増大が抑えられる。従っ
て、第２ゲート電極層２６の電位が安定化され、放出電
子の軌道が一定に保たれると共に、電子放出層２３の電
位が第１ゲート電極層２１に印加される信号電圧の影響
を受け難くなる。かかる電界放出素子をアノードパネル
と組み合わせて構成された表示装置においては、良好な
画像を常に安定して得ることが可能となる。なお、第２
の実施の形態にかかる電界放出素子の製造は、第１ゲー
ト電極層２１及び第２ゲート電極層２６のパターンを変
更する以外は、第１の実施の形態にかかる電界放出素子
の製造と同様に行うことができるので、詳細な説明は省
略する。

【００６８】なお、実施の形態２においては、第１ゲー
ト電極層２１と第２ゲート電極層２６のパターンを互い
に交換した構成も可能である。かかる構成を、図１５に
示す。図１５に示す電界放出素子では、第１ゲート電極
層３１がゲート電極形成部３１ａと連結部３１ｂとから
構成される梯子状パターンとされ、第２ゲート電極層３
６が直線パターンとされている。電子放出層２３は、島
状部２３ａとこれを周回する枠部２３ｂとから構成され
ている。第１ゲート電極層３１及び電子放出層２３は同
一方向に延在し、第２ゲート電極層３６は、第１ゲート
電極層２６及び電子放出層２３の延在方向と直交する方
向に延在している。図１５では、並列された矩形の島状
部２３ａが３個一組にて枠部２３ｂで囲まれているが、
勿論、枠部２３ｂで囲まれた島状部２３ａの形状や数は
これに限定されない。

【００６９】（実施の形態３）実施の形態３は、第１ゲ
ート電極層と第２ゲート電極層とが同じ方向に延在し、
電子放出層がこれら両ゲート電極層と直交する方向に延
在するが、前述の実施の形態１とは異なり、第１ゲート
電極層を延在方向中途部にて屈曲させず、従って遷移領
域を持たない電界放出素子に関する。図１６は、実施の
形態３にかかる電界放出素子に含まれる４種類の導電
層、即ち、第１ゲート電極層、電子放出層、抵抗体層及
び第２ゲート電極層のレイアウトの一部を示す平面図、
図１７は図１６に示される重複領域の１つをその近傍領
域と共に示す分解斜視図である。なお、図１７では、図
示の都合上、支持体及び全ての絶縁層を省略している。

【００７０】実施の形態３にかかる電界放出素子におい
て、最下層が第１ゲート電極層４１、中間が電子放出層
１３、最上層が第２ゲート電極層４６である。第１ゲー
ト電極層４１と第２ゲート電極層４６は図中Ｙ方向に延
在し、電子放出層１３はこれらと直交するＸ方向に延在
している。第１ゲート電極層４１と第２ゲート電極層４
６は、いずれも外領域における幅が重複領域における幅
の約半分とされ、しかも外領域においては互いに相補的
なパターンを有している。このため、第１ゲート電極層
４１及び第２ゲート電極層４６のいずれをも屈曲させる
ことなく、重複領域において両者を完全に重複させるこ
とができる。図１６に示した例では、外領域における第
１ゲート電極層４１のエッジと第２ゲート電極層４６の
エッジとの間に若干の平面配置上の隙間があるが、勿論
双方のエッジの位置が一致していてもよく、又、アライ
メントずれに起因する重なりは許容される。かかる構成
によれば、隣接する重複領域の間隔を狭めることがで
き、電界放出素子の高集積化が可能となる。

【００７１】以上、発明の実施の形態に基づき本発明を
説明したが、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定さ
れるものではない。例えば、上述の各実施の形態では、
抵抗体層による電子放出層の島状部と枠部との接続を第
１絶縁層の表面を経て行ったが、電子放出層の上に新た
な絶縁層を設け、島状部と枠部の上で絶縁層に孔部を開
口し、この孔部を埋め込むように絶縁層上に抵抗体層を
設けて行ってもよい。

【００７２】図１８は、かかるケースを第１の実施の形
態の変形例として説明する模式的断面図であり、図１８
の（Ａ）は重複領域を含む断面、図１８の（Ｂ）は重複
領域を含まない断面をそれぞれ表す。電子放出層１３の
上には、第３絶縁層１９が設けられている。島状部１３
ａと枠部１３ｂの上方の第３絶縁層１９には孔部が開口
され、この孔部が抵抗体層２４による接続部位となる。
なお、第３絶縁層１９の構成材料は、第１絶縁層１２や
第２絶縁層１５と同じ構成材料、例えばＳｉＯ ₂であっ
てもよいが、図１８は、耐湿性等の特性を考慮して、例
えばＳｉＮを用いた場合を示している。ただし、このＳ
ｉＮのようにＳｉＯ₂とはエッチング特性の異なる材料
を使用する場合には、図示されるように、開口部１７の
形成予定領域を避けたパターニングを行い、開口部１７
の壁面の後退や島状部１３ａの端部の先鋭化を所望通り
に行えるようにする必要がある。外領域においては、図
１８の（Ｂ）に示すように、第３絶縁層１９を特にパタ
ーニングする必要はない。

【００７３】又、上述の各実施の形態はいずれも抵抗体
層を備えていたが、抵抗体層を持たない電界放出素子に
本発明を適用することも、勿論可能である。図１９は、
上述の実施の形態１における電子放出層１３（図２を参
照）に替えて、島状部も枠部も持たない一続きの層とし
て形成された電子放出層３３を有する電界放出素子につ
いて、第１ゲート電極層１１、電子放出層３３、及び第
２ゲート電極層１６の位置関係を立体的に表した分解斜
視図である。なお、図１９において、第１ゲート電極層
１１及び第２ゲート電極層１６の代わりに、図１３に既
に示した直線状パターンの第１ゲート電極層２１と梯子
状パターンの第２ゲート電極層２６をそれぞれ用いても
よく、あるいは図１５に既に示した梯子状パターンの第
１ゲート電極層３１と直線状パターンの第２ゲート電極
層３６をそれぞれ用いてもよく、更にあるいは図１６に
既に示したように、重複領域においてのみ幅広に形成さ
れた第１ゲート電極層４１と第２ゲート電極層４６をそ
れぞれ用いてもよい。

【００７４】その他、電界放出素子の構造の細部、製造
方法における加工条件や使用した材料等の詳細事項に関
しては、適宜変更、選択、組合せが可能である。

【００７５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の電界放出素子においては、素子本来の機能上、第１
ゲート電極層と電子放出層と第２ゲート電極層の三者が
重なる必要がある重複領域は別として、それ以外の領域
では、第１ゲート電極層と第２ゲート電極層とが互いの
重複をできる限り避けた平面配置をとるため、電界放出
素子内部の静電容量の増大が抑えられる。その結果、信
号電圧に忠実且つ安定した電子放出特性が得られ、この
電界放出素子を組み込んだ表示装置においては、画像表
示の安定性と画質が改善される。更に、本発明の電界放
出素子の個々の電子放出部を島状部と枠部とから構成
し、かかる島状部と枠部とに抵抗体層を接続する場合に
は、島状部の特性のばらつきが顕在化され難くなり、電
子放出特性を均一化することができる。しかも、この抵
抗体層を平面配置上、重複領域外に置くことで、抵抗体
層に起因する静電容量の増加も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１の電界放出素子における第
１ゲート電極層、電子放出層、抵抗体層及び第２ゲート
電極層のレイアウトの一部を示す平面図である。

【図２】図１に示した電界放出素子における第１ゲート
電極層、電子放出層、抵抗体層及び第２ゲート電極層の
位置関係を立体的に示す分解斜視図である。

【図３】図１及び図２に示した電界放出素子の一部を示
す模式的断面図であり、（Ａ）は重複領域を含む断面
（Ａ−Ａ線断面）、（Ｂ）は重複領域を含まない断面
（Ｂ−Ｂ線断面）をそれぞれ表す。

【図４】本発明の電界放出素子の製造プロセス例におい
て、支持体上で第１ゲート電極層をパターニングした状
態を示す模式的断面図である。

【図５】図４の基体を第１絶縁層で被覆し、更に第１絶
縁層の上で電子放出層をパターニングした状態を示す模
式的断面図である。

【図６】図５の電子放出層の枠部と島状部とを接続する
抵抗体層をパターニングした状態を示す模式的断面図で
ある。

【図７】図６の基体を第２絶縁層で被覆し、更に第２絶
縁層の上で第２ゲート電極層をパターニングした状態を
示す模式的断面図である。

【図８】図７の基体上に形成されたレジスト・パターン
をマスクとして第２ゲート電極層を重複領域内でエッチ
ングし、開口部を形成した状態を示す模式的断面図であ
る。

【図９】図８の開口部の底面に露出した第２絶縁層を等
方的にエッチングして開口部をより深く形成した状態を
示す模式的断面図である。

【図１０】図９の開口部の底面に露出した島状部をエッ
チングして開口部を更に深く形成した状態を示す模式的
断面図である。

【図１１】図１０の開口部の底面に露出した第１絶縁層
をエッチングして開口部を完成させた状態を示す模式的
断面図である。

【図１２】発明の実施の形態２の電界放出素子における
第１ゲート電極層、電子放出層、抵抗体層及び第２ゲー
ト電極層のレイアウトの一部を示す平面図である。

【図１３】図１２に示した電界放出素子における第１ゲ
ート電極層、電子放出層、抵抗体層及び第２ゲート電極
層の位置関係を立体的に示す分解斜視図である。

【図１４】図１２及び図１３に示した電界放出素子の一
部を示す模式的断面図であり、（Ａ）は重複領域を含む
断面（Ｃ−Ｃ線断面）、（Ｂ）は重複領域を含まない断
面（Ｄ−Ｄ線断面）をそれぞれ表す。

【図１５】図１３に示した発明の実施の形態２の電界放
出素子の変形例における第１ゲート電極層、電子放出
層、抵抗体層及び第２ゲート電極層の位置関係を立体的
に示す分解斜視図である。

【図１６】発明の実施の形態３の電界放出素子における
第１ゲート電極層、電子放出層、抵抗体層及び第２ゲー
ト電極層のレイアウトの一部を示す平面図である。

【図１７】図１６に示した電界放出素子における第１ゲ
ート電極層、電子放出層、抵抗体層及び第２ゲート電極
層の位置関係を立体的に示す分解斜視図である。

【図１８】抵抗体層を電子放出層の上で直接パターニン
グする代わりに、第３絶縁層を介して形成した本発明の
電界放出素子の更に他の構成例の一部を示す模式的断面
図であり、（Ａ）は重複領域を含む断面、（Ｂ）は重複
領域を含まない断面をそれぞれ表す。

【図１９】電子放出層を島状部と枠部とに分けない一続
きの層として形成し、抵抗体層を省略した本発明の電界
放出素子の更に他の構成例において、第１ゲート電極
層、電子放出層、及び第２ゲート電極層の位置関係を立
体的に示す分解斜視図である。

【図２０】従来のエッジ型の電界放出素子の一構成例を
示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１０・・・支持体、１１，２１，３１，４１・・・第１
ゲート電極層、１２・・・第１絶縁層、１３，２３，３
３・・・電子放出層、１３ａ，２３ａ・・・島状部、１
３ｂ，２３ｂ・・・枠部、１４，２４・・・抵抗体層、
１５・・・第２絶縁層、１６，２６，３６，４６・・・
第２ゲート電極層、１７・・・開口部（完成状態）、１
７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・開口部（途中状態）、１９
・・・第３絶縁層、２６ａ，３１ａ・・・ゲート電極形
成部、２６ｂ，３１ｂ・・・連結部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持体上に、帯状の第１ゲート電極層と、
第１絶縁層と、帯状の電子放出層と、第２絶縁層と、帯
状の第２ゲート電極層とがこの順に積層されて成る積層
体を有し、第１ゲート電極層と電子放出層と第２ゲート電極層との
重複領域には、第２ゲート電極層、第２絶縁層、電子放
出層及び第１絶縁層を貫通する開口部が設けられ、開口部の壁面に露出した電子放出層の端部を電子放出部
とする冷陰極電界電子放出素子であって、第１ゲート電極層と第２ゲート電極層とが、支持体の法
線方向から見たときに、重複領域以外の領域において互
いに重複を避けた平面配置をとることを特徴とする冷陰
極電界電子放出素子。
【請求項２】第１ゲート電極層と第２ゲート電極層は共
に第１方向、電子放出層は第１方向と異なる第２方向に
それぞれ延在することを特徴とする請求項１に記載の冷
陰極電界電子放出素子。
【請求項３】第１ゲート電極層と第２ゲート電極層の少
なくとも一方が、延在方向中途部で屈曲して重複領域を
通過していることを特徴とする請求項２に記載の冷陰極
電界電子放出素子。
【請求項４】第１ゲート電極層は第１方向、電子放出層
は第１方向とは異なる第２方向、第２ゲート電極層は第
２方向にそれぞれ延在することを特徴とする請求項１に
記載の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項５】第２ゲート電極層は、重複領域に位置する
ゲート電極形成部と、ゲート電極形成部よりも狭い幅に
てゲート電極形成部同士を連結する連結部とから成り、
全体として帯状を成すことを特徴とする請求項４に記載
の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項６】第１ゲート電極層は第１方向、電子放出層
は第１方向、第２ゲート電極層は第１方向と異なる第２
方向にそれぞれ延在することを特徴とする請求項１記載
の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項７】第１ゲート電極層は、重複領域に位置する
ゲート電極形成部と、このゲート電極形成部よりも狭い
幅にてゲート電極形成部同士を連結する連結部とから成
り、全体として帯状を成すことを特徴とする請求項６記
載の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項８】電子放出層は、重複領域に位置する少なく
とも１つの島状部と、島状部を周回する枠部とから成
り、島状部を貫通して開口部を形成することにより、島
状部の端部を電子放出部として露出させ、島状部と枠部
とは抵抗体層により接続されていることを特徴とする請
求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の冷陰極電界
電子放出素子。
【請求項９】抵抗体層は、支持体の法線方向から見たと
きに、重複領域外に位置することを特徴とする請求項８
に記載の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項１０】抵抗体層は、島状部及び枠部の上、並び
に第１絶縁層上に形成されていることを特徴とする請求
項９に記載の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項１１】抵抗体層は、特定のエッチング種に対す
るエッチング速度が電子放出層及び第１絶縁層よりも大
きい材料から成ることを特徴とする請求項１０に記載の
冷陰極電界電子放出素子。