JP2000173512A

JP2000173512A - 電界イオン放出方式表示装置及びその駆動方法

Info

Publication number: JP2000173512A
Application number: JP10347398A
Authority: JP
Inventors: Morikazu Konishi; 守一小西
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】蛍光体層の表面あるいは内部に蓄積されている
残留ガスの影響を受け難く、しかも、使用寿命の長い平
面型の表示装置を提供する。【解決手段】電界イオン放出方式表示装置は、複数の画
素を有し、第１パネルと、第２パネルと、第１パネル及
び第２パネルの縁部に取り付けられた外周枠２３とを備
え、各画素は、第１パネルを構成する絶縁性基体１０上
に設けられた複数の電界イオン放出素子１１，１３，１
４と、電界イオン放出素子に対向して第２パネルを構成
する透明基板２０上に設けられた電極層２１及び蛍光体
層２２から構成され、電界イオン放出素子から放出され
たイオンに基づき蛍光体層が発光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界イオン放出方
式表示装置及びその駆動方法に関する。

【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。また、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電
子放出型表示装置も提案されており、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表示装置は、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
素には、通常、複数の電子放出部が形成されており、更
に、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を有する
部分を、電子放出素子と称することにする。

【０００４】かかる冷陰極電界電子放出型表示装置の構
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、電子放出部の構造にも依るが、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等が必要である。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
する電子放出素子が提案されている。

【０００５】かかる従来の冷陰極電界電子放出型表示装
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）型の冷陰極
電界電子放出素子（以下、スピント型電子放出素子と呼
ぶ場合がある）を備えた冷陰極電界電子放出型表示装置
が知られている。図１９に概念図を示すこの冷陰極電界
電子放出型表示装置のカソードパネル側にはスピント型
電子放出素子が設けられており、かかるスピント型電子
放出素子は、絶縁性基体１００上に設けられたカソード
電極層１０１と、層間絶縁層１０２と、層間絶縁層１０
２上に形成されたゲート電極１０４と、円錐形の電子放
出部１０３から構成されている。電子放出部１０３は、
ゲート電極１０４に形成された開口部１０５の下の層間
絶縁層１０２に設けられた空洞部１０６内に位置し、且
つ、カソード電極層１０１上に配設されている。例えば
タングステンから成る電子放出部１０３が所定数、２次
元マトリクス状に配列されて１画素が形成されている。
一方、アノードパネル側は、透明基板１１０上に所定の
パターンを有するアノード電極層１１１が形成され、こ
のアノード電極層１１１が蛍光体層１１２で覆われた構
造を有する。

【０００６】電子放出部１０３に例えば−５０ボルトの
電圧を、また、ゲート電極１０４に例えば０ボルトの電
圧を印加すると、その結果生じた電界によって電子放出
部１０３の先端から電子が引き出される。この電子は、
アノードパネル側のアノード電極層１１１に引き付けら
れ、透明基板１１０上に形成されたアノード電極層１１
１の上に設けられた発光体層である蛍光体層１１２に衝
突する。尚、アノード電極層１１１には、例えば１ｋＶ
の電圧が印加される。その結果、蛍光体層１１２が励起
されて発光し、所望の画像を得ることができる。この電
子放出素子の動作は、基本的にゲート電極１０４に印加
される電圧によって制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、電子が蛍光体層１１２に衝突すると、蛍光体層１１
２の表面あるいは内部に蓄積されていたＨ₂ＯやＨ₂、Ｏ
₂、ＣＯ₂、ＣＯ等の残留ガス、あるいは又、ＣＨ₄ガ
ス、Ｃ_XＨ_YＯ_Zガス（但し、Ｘ，Ｙ，Ｚは任意の正数）
がエネルギーを得て、分解し、あるいは又、そのままの
形態で、カソードパネルに向かって蛍光体層１１２から
放出される。この場合、通常、電気的に中性の分子及び
正イオンが放出される。このような電気的に中性の分
子、特に、炭素系の酸化物、Ｈ₂ＯやＨ₂、Ｏ₂、ＣＯ₂、
ＣＯ等の分子が円錐形の電子放出部１０３の表面に吸着
し（図２１の（Ａ）の模式図を参照）、あるいは又、か
かる表面から脱離すると、電子放出部１０３の表面の仕
事関数に変化が生じる。その結果、電子放出部１０３か
らの放出電子電流に、例えばノイズが発生する。電子放
出部１０３の表面の仕事関数と放出電子電流密度Ｊとの
間の関係は、以下のファウラー・ノルドハイム（Fowler
-Nordheim）の式（１）で表すことができる。尚、式
（１）中、Ａ，Ｂ，ｖは定数、φは仕事関数、Ｆは電界
強度である。

【０００８】

【数１】Ｊ＝Ａ（Ｆ²／φ）ｅｘｐ（Ｂφ^1.5ｖ／Ｆ）（１）

【０００９】仕事関数φと放出電子電流密度Ｊとの関係
を図２０に示す。尚、電界強度Ｆを３×１０⁷Ｖ／ｃｍ
とし、電子放出部１０３をタングステンから構成した。
酸素分子が電子放出部１０３の表面に吸着したとき、表
面の仕事関数が１乃至２ｅＶ増加することが知られてい
る。そして、図２０からも明らかなように、このような
仕事関数の変化によって、放出電子電流密度は、変化前
の放出電子電流密度と比較して１／１００乃至１／１０
０００程度にまで低下する。その結果、冷陰極電界電子
放出型表示装置に輝度の低下や変動が生じる。

【００１０】また、蛍光体層１１２から放出された正の
イオンはアノード電極層１１１によって形成される電界
により高速に加速され、電子放出部１０３の表面に衝突
する。その結果、図２１の（Ｂ）に模式図を示すよう
に、電子放出部１０３の表面に凹凸（荒れ）が生じ、電
子放出部１０３の寿命短縮の原因となっている。

【００１１】従って、本発明の目的は、蛍光体層の表面
あるいは内部に蓄積されている残留ガスの影響を受け難
く、しかも、使用寿命の長い平面型（フラットパネル形
式）の表示装置、より詳しくは電界イオン放出方式表示
装置、及びその駆動方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の電界イオン放出方式表示装置（以下、単に
表示装置と呼ぶ場合がある）は、複数の画素を有し、第
１パネルと、第２パネルと、第１パネル及び第２パネル
の縁部に取り付けられた外周枠とを備え、各画素は、第
１パネルを構成する絶縁性基体上に設けられた複数の電
界イオン放出素子と、該電界イオン放出素子に対向して
第２パネルを構成する透明基板上に設けられた電極層及
び蛍光体層から構成され、電界イオン放出素子から放出
されたイオンに基づき蛍光体層が発光することを特徴と
する。ここで、「イオンに基づき」とは、イオンそれ自
体によって蛍光体層が発光する形態、及び、後述する蛍
光体発光粒子あるいは電子によって蛍光体層が発光する
形態の両方を含む概念である。以下においても同様であ
る。

【００１３】本発明の表示装置においては、電界イオン
放出素子の表面近傍に電界を形成することによって、第
１パネルと第２パネルと外周枠とで囲まれた空間内に存
在する原子若しくは分子からイオンを生成させる。

【００１４】本発明の表示装置においては、電界イオン
放出素子から放出されたイオンが蛍光体層に衝突するこ
とにより蛍光体層が発光する形態とすることができる。
この場合、表示装置における駆動電圧の振幅を低減させ
るために、第１パネルと第２パネルとの間にブランキン
グ電極が設けられていることが好ましい。

【００１５】ここで、ブランキング電極とは、例えば電
子ビーム描画装置内に組み込まれているブランキング電
極と同じ概念の電極であり、一対の電極から成り、これ
らの電極で挟まれた空間内をイオンが通過する。一対の
電極のそれぞれに、例えば正の電圧と０ボルトを印加す
ると、電界イオン放出素子から放出されたイオンは、こ
れらの電極で囲まれた空間内を通過するとき、０ボルト
が印加された電極に引かれ、イオンはこの電極に衝突す
る。従って、イオンの流れに沿った電極の長さ、一対の
電極の間隔、及び各電極に印加する電圧を適切に選択す
ることによって、イオンの流れ、即ち、電界イオン放出
素子から放出されたイオンが蛍光体層（あるいは後述す
る２次電子倍増装置）に衝突するか否かを制御すること
ができる。電界イオン放出素子１つにつきブランキング
電極を１つ設けてもよいし、複数の電界イオン放出素子
に対してブランキング電極を１つ設けてもよい。尚、ブ
ランキング電極に関しては、以下の説明においても同様
である。

【００１６】あるいは又、本発明の表示装置において
は、電界イオン放出素子から放出されたイオンが蛍光体
層に到達する前に、イオンの有するエネルギーが１以上
の蛍光体発光粒子に受け渡される形態とすることもで
き、この場合、蛍光体発光粒子として電子を挙げること
ができる。あるいは、第１パネルと第２パネルとの間に
２次電子倍増装置が設けられている形態とすることもで
きる。２次電子倍増装置として、光電子増倍管（ＰＭ
Ｔ）又はチャンネル型増倍管（例えばマイクロ・チャン
ネル・プレート，ＭＣＰ）、ＭＣＰ−ＰＭ、あるいはそ
の他の２次電子発生電極を挙げることができる。この場
合、電界イオン放出素子から放出されたイオンが２次電
子倍増装置に入射し、２次電子倍増装置から射出された
電子が蛍光体層に衝突することによって蛍光体層が発光
する構成とすることができる。例えばＭＣＰを設けるこ
とによって、電界イオン放出素子から放出されたイオン
に基づくイオン電流を１０⁴倍程度に倍増することが可
能となる。また、２次電子倍増装置のイオン入射側の電
位を制御することによって、イオンの２次電子倍増装置
への入射を制御することができる。尚、２次電子倍増装
置のイオン入射側の電位は、例えば０ボルト乃至−１０
０ボルトとすればよく、これによってイオンビームの集
束性の向上を図ることができる。この場合にも、表示装
置における駆動電圧の振幅を低減させるために、電界イ
オン放出素子と２次電子倍増装置との間に、前述と同様
のブランキング電極が設けられていることが好ましい。
尚、第１パネルと第２パネルとの間に、例えばＭＣＰと
いった２次電子倍増装置を設ける概念を、従来の冷陰極
電界電子放出型表示装置に適用することもできる。この
場合には、各電極層や電極部に印加する電圧が異なる点
を除き、冷陰極電界電子放出型表示装置の構造は、本発
明の電界イオン放出方式表示装置の構造と実質的に同じ
とすればよい。

【００１７】上記の目的を達成するための本発明の電界
イオン放出方式表示装置の駆動方法（以下、単に表示装
置の駆動方法と呼ぶ場合がある）は、複数の画素を有
し、第１パネルと、第２パネルと、第１パネル及び第２
パネルの縁部に取り付けられた外周枠とを備え、各画素
は、第１パネルを構成する絶縁性基体上に設けられた複
数の電界イオン放出素子と、該電界イオン放出素子に対
向して第２パネルを構成する透明基板上に設けられた電
極層及び蛍光体層から構成された電界イオン放出方式表
示装置の駆動方法であって、電界イオン放出素子の表面
近傍に電界を形成することによって、第１パネルと第２
パネルと外周枠とで囲まれた空間内に存在する原子若し
くは分子からイオンを生成させ、該イオンに基づき蛍光
体層を発光させることを特徴とする。

【００１８】本発明の表示装置の駆動方法においては、
生成したイオンが蛍光体層に衝突することにより蛍光体
層を発光させる形態とすることができる。この場合、表
示装置における駆動電圧の振幅を低減させるために、第
１パネルと第２パネルとの間に、前述と同様のブランキ
ング電極を設けることが好ましい。尚、ブランキング電
極に印加する電圧の制御によって、生成したイオンの蛍
光体層への衝突を制御することができる。

【００１９】あるいは又、本発明の表示装置の駆動方法
においては、生成したイオンが蛍光体層に到達する前
に、イオンの有するエネルギーを１以上の蛍光体発光粒
子に受け渡す形態とすることもでき、この場合、蛍光体
発光粒子として電子を挙げることができる。あるいは、
第１パネルと第２パネルとの間に、前述と同様の２次電
子倍増装置が設けられている形態とすることもできる。
この場合、生成したイオンが２次電子倍増装置に入射
し、２次電子倍増装置から射出された電子が蛍光体層に
衝突することによって蛍光体層を発光させる構成とする
ことができる。尚、２次電子倍増装置のイオン入射側の
電位を制御することによって、イオンの２次電子倍増装
置への入射を制御することができる。また、表示装置に
おける駆動電圧の振幅を低減させるために、電界イオン
放出素子と２次電子倍増装置との間に、前述と同様のブ
ランキング電極を設けることが好ましい。更には、ブラ
ンキング電極に印加する電圧の制御によって、生成した
イオンの２次電子倍増装置への入射を制御することがで
きる。

【００２０】本発明の表示装置あるいはその駆動方法に
おいては、第１パネルと第２パネルと外周枠とで囲まれ
た空間内の圧力を０．１３Ｐａ（１０^-3トル）以下とす
ることが望ましい。尚、２次電子倍増装置を組み込んだ
場合には、圧力を１．３×１０^-3Ｐａ（１０^-5トル）以
下とすることが望ましい。圧力が低下するに従い生成す
るイオンの量が減少し、その結果、表示装置の輝度が低
下する。従って、実用上問題とならない程度の輝度が得
られる圧力を、圧力の下限とすればよい。

【００２１】本発明の表示装置あるいはその駆動方法に
おいては、表示装置の輝度を増加させるために、２次電
子倍増装置を組み込むことが好ましいが、その他の方策
として、エミッタ電極部あるいはエミッタ電極層に印加
される電圧と、引出し電極層（あるいは第１及び第２の
引出し電極層）に印加される電圧とによって形成される
エミッタ電極部あるいはエミッタ電極層表面近傍の電界
強度を増加する方策もある。図１８に、かかる電界強度
とイオン電流の関係を示す。

【００２２】あるいは又、イオン電流を増加させるため
には、比較的イオン化し易い分子や原子（例えばＡ
ｒ）、あるいは、ＡｒとＨｅの混合ガスを、第１パネル
と第２パネルと外周枠とで囲まれた空間内に導入した
り、放電現象が生じない程度まで空間内の圧力を出来る
限り高くしたり、電界イオン放出素子近傍にイオンを出
来る限る長い時間止まらせるために電界イオン放出素子
あるいは表示装置全体を冷却する方策もある。

【００２３】本発明の表示装置あるいはその駆動方法に
おいては、電界イオン放出素子を、（Ａ）絶縁性基体上
に設けられた電極層、（Ｂ）絶縁性基体上に形成され、
該電極層を被覆する層間絶縁層、（Ｃ）該層間絶縁層上
に形成され、開口部を有する引出し電極層、並びに、
（Ｄ）該開口部の下の層間絶縁層に設けられた空洞部内
に位置し、且つ、該空洞部の底部に位置する電極層上に
配設されたエミッタ電極部、から構成することができ
る。この場合、エミッタ電極部の形状を、円錐形又は柱
状（例えば、先端部分に先鋭部を有する柱状形状）とす
ることができる。尚、このような電界イオン放出素子
を、便宜上、スピント型電界イオン放出素子と呼ぶ。

【００２４】あるいは又、本発明の表示装置あるいはそ
の駆動方法においては、電界イオン放出素子を、（Ａ）
絶縁性基体上に設けられたエミッタ電極層、（Ｂ）絶縁
性基体上に形成され、該エミッタ電極層を被覆する層間
絶縁層、（Ｃ）該層間絶縁層上に形成され、開口部を有
する引出し電極層、並びに、（Ｄ）該開口部の下の層間
絶縁層に設けられた空洞部、から成り、平面状のエミッ
タ電極層は空洞部の底部に露出している構成とすること
もできる。尚、このような電界イオン放出素子を、便宜
上、平面型電界イオン放出素子と呼ぶ。

【００２５】更には、本発明の表示装置あるいはその駆
動方法においては、電界イオン放出素子を、（Ａ）絶縁
性基体上に設けられた第１引出し電極層、（Ｂ）絶縁性
基体上に形成され、該第１引出し電極層を被覆する第１
層間絶縁層、（Ｃ）該第１層間絶縁層上に形成されたエ
ミッタ電極層、（Ｄ）該エミッタ電極層を被覆する第２
層間絶縁層、（Ｅ）該第２層間絶縁層上に形成された第
２引出し電極層、並びに、（Ｆ）少なくとも、第２引出
し電極層、第２層間絶縁層及び第１層間絶縁層に設けら
れた開口部、から成り、エミッタ電極層の端部は開口部
側壁から突出している構成とすることもできる。エミッ
タ電極層にも開口部を形成してもよい。尚、このような
電界イオン放出素子を、便宜上、エッジ放出型電界イオ
ン放出素子と呼ぶ。

【００２６】第１パネルを構成する絶縁性基体は、少な
くとも、電界イオン放出素子をその上に形成するための
表面が絶縁性部材より構成されていればよく、絶縁性基
体を構成する材料として、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。

【００２７】スピント型電界イオン放出素子における電
極層や引出し電極層、平面型電界イオン放出素子におけ
る引出し電極層、エッジ放出型電界イオン放出素子にお
ける第１引出し電極層や第２引出し電極層は、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
が、中でも所謂高融点金属あるいはその合金を用いるこ
とが好ましい。これらの電極層の形成方法として、蒸着
法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、イオン・プレーティ
ング法、印刷法等、通常の薄膜作製プロセスを挙げるこ
とができる。尚、第１引出し電極層を構成する材料と、
第２引出し電極層を構成する材料とは、同じであって
も、異なっていてもよい。

【００２８】スピント型電界イオン放出素子におけるエ
ミッタ電極部、平面型電界イオン放出素子やエッジ放出
型電界イオン放出素子におけるエミッタ電極層は、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（Ｃ
ｒ）、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
ができるが、中でも所謂高融点金属層あるいはその合金
層を用いて形成することが好ましい。これらのエミッタ
電極部あるいはエミッタ電極層は、形状等にも依存する
が、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、イオン・プ
レーティング法、印刷法等、通常の薄膜作製プロセスに
よって形成することができる。

【００２９】スピント型電界イオン放出素子における層
間絶縁層、平面型電界イオン放出素子における層間絶縁
層、エッジ放出型電界イオン放出素子における第１層間
絶縁層や第２層間絶縁層を構成する材料としては、Ｓｉ
Ｏ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ガラス・ペースト硬化物を単
独あるいは適宜組み合わせて使用することができる。こ
れらの層間絶縁層の形成には、ＣＶＤ法、塗布法、スパ
ッタリング法、印刷法等の公知のプロセスが利用でき
る。

【００３０】開口部あるいは空洞部の平面形状として、
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。スピン
ト型電界イオン放出素子において開口部の平面形状を円
形とする場合、開口部の直径を１μｍ前後あるいはそれ
以下とすることが好ましい。一方、平面型電界イオン放
出素子やエッジ放出型電界イオン放出素子において開口
部を矩形とする場合、開口部の矩形の長辺をおおよそ１
００μｍ以下、短辺を数μｍ〜１０μｍ程度とすること
が好ましい。

【００３１】第２パネルは、ガラス板等の透明基板から
構成されている必要がある。第２パネルに設けられた電
極層を構成する材料として、例えば、アルミニウム、酸
化錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫
（ＳｎＯ₂）を挙げることができる。ストライプ状又は
ドット状にパターニングされた蛍光体層を構成する蛍光
体として、高速電子励起用蛍光体や低速電子励起用蛍光
体を用いることができる。透明基板の表面に電極層を形
成し、かかる電極層の上に蛍光体層を形成してもよい
し、透明基板の表面に蛍光体層を形成し、かかる蛍光体
層の上に電極層を形成してもよい。

【００３２】本発明においては、電界イオン放出素子を
備えており、かかる電界イオン放出素子へのガス吸着の
抑制が可能となる結果、電界イオン放出素子における仕
事関数の変化を少なくすることができる。しかも、イオ
ンが電界イオン放出素子の表面に衝突することを抑制す
ることができるので、電界イオン放出素子の寿命短縮を
防ぐことが可能となる。

【００３３】

【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
明を説明する。

【００３４】（実施の形態１）実施の形態１は、スピン
ト型電界イオン放出素子を備えた表示装置に関する。こ
の表示装置は、図１の（Ａ）に概念図を示すように、複
数の画素を有し、第１パネルと、第２パネルと、第１パ
ネル及び第２パネルの縁部に取り付けられた外周枠２３
とを備えている。そして、各画素は、第１パネルを構成
する絶縁性基体１０上に設けられた複数の電界イオン放
出素子と、電界イオン放出素子に対向して第２パネルを
構成する透明基板２０上に設けられた電極層２１及び蛍
光体層２２から構成されている。尚、第１パネルと第２
パネルと外周枠２３とで囲まれた空間（以下、単に空間
と呼ぶ場合がある）内の圧力は０．１３Ｐａ以下であ
る。

【００３５】複数の電界イオン放出素子は、２次元マト
リックス状に配列されている。各電界イオン放出素子
は、図１の（Ｂ）に模式的な一部端面図を示すように、
例えばガラス基板から成る絶縁性基体１０上に設けられ
た電極層１１、絶縁性基体１０上に形成され、電極層１
１を被覆する層間絶縁層１２、層間絶縁層１２上に形成
され、開口部１５を有する引出し電極層１４、並びに、
エミッタ電極部１３から構成されている。エミッタ電極
部１３は、開口部１５の下の層間絶縁層１２に設けられ
た空洞部１６内に位置し、且つ、空洞部１６の底部に位
置する電極層１１上に配設されている。エミッタ電極部
１３は、半導体製造プロセスを利用して電極層１１の上
に形成された直径１．０μｍ程度のタングステン（Ｗ）
から成る円錐状のチップであり、イオン放出部として機
能する。電極層１１及び絶縁性基体１０は層間絶縁層１
２によって被覆されている。エミッタ電極部１３の先端
側には、エミッタ電極部１３を取り囲むように引出し電
極層１４が設けられている。

【００３６】エミッタ電極部１３の先端部分（以下、単
に先端部分と呼ぶ場合がある）を拡大した模式図を図２
に示す。エミッタ電極部１３に印加される電圧（例えば
５００ボルト）と、引出し電極層１４に印加される電圧
（例えば０ボルト）とによって、先端部分の近傍（例え
ば、先端部分の表面から１０^-10ｍオーダー。具体的に
は、例えば２〜３×１０^-10ｍ）には、例えば６０Ｖ／
ｎｍ程度の強電界が形成される。それ故、先端部分近傍
の例えばガス分子は分極して先端部分まで引き寄せられ
るが、先端部分の近傍に形成された強電界によってガス
分子は電子を失い正イオンとなり（尚、このような現象
を電界イオン化と呼ぶ）、先端部分からの反発力で蛍光
体層２２に向かって飛ばされる。このように、エミッタ
電極部１３と引出し電極層１４との間に電圧が印加され
る結果生じた電界によって、エミッタ電極部１３の先端
部分から正イオンが放出される。この正イオンは、透明
基板２０上に形成された電極層２１（例えば、印加電圧
−５ｋＶ）に引かれ、電極層２１上に形成された蛍光体
層（発光体層）２２に衝突する結果、蛍光体層２２が発
光し、所望の画像を得ることができる。こうして、電界
イオン放出素子から放出されたイオンに基づき蛍光体層
２２が発光する。尚、蛍光体層（発光体層）２２に衝突
した正イオンは電子を受け取り、中性の分子若しくは原
子となる。

【００３７】ＣＯ₂やＣＯ、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ等の空間内に存
在するガス分子や原子がエミッタ電極部１３の先端部分
に吸着することを防止しつつ、電界イオン化／電界蒸発
によってガス分子や原子を蛍光体層側へと飛ばすには、
エミッタ電極部１３の先端部分近傍の電界を２０Ｖ／ｎ
ｍ以上、好ましくは３０Ｖ／ｎｍ以上とすることが望ま
しい。電界イオン化の機構はエミッタ電極部１３の先端
部分の表面状態に鋭敏であり、イオン電流の発生量もエ
ミッタ電極部１３の先端部分の表面状態に大きく影響さ
れるが、このようにエミッタ電極部１３の先端部分への
ガス分子や原子の吸着を抑制することによって、安定し
たイオン電流を得ることができる。

【００３８】図１に示したスピント型電界イオン放出素
子は、従来のスピント型電子放出素子と同様の工程にて
作製することができる。以下、図１に示した電界イオン
放出素子の作製方法の概要を、図３及び図４を参照して
説明する。

【００３９】［工程−１００］例えば、第１パネルを構
成するガラス基板から成る絶縁性基体１０の上にニオブ
層を成膜した後、かかるニオブ層をパターニングするこ
とによって電極層１１を形成する。次に、全面に、例え
ばＳｉＯ₂から成る層間絶縁層１２をＣＶＤ法にて成膜
し、更に、層間絶縁層１２上にＣＶＤ法にて、例えば導
電材料層を成膜した後、リソグラフィ技術及びドライエ
ッチング技術を用いて、かかる導電材料層をパターニン
グする。これによって、開口部１５が設けられた引出し
電極層１４を形成することができる。そして、引き続
き、開口部１５の下方の層間絶縁層１２をエッチングす
ることによって除去し、層間絶縁層１２に空洞部１６を
形成する（図３の（Ａ）参照）。尚、開口部１５及び空
洞部１６の平面形状を円形とした。

【００４０】［工程−１１０］その後、引出し電極層１
４に対してアルミニウムを斜め蒸着することによって、
アルミニウムから成る剥離層１７を引出し電極層１４の
上に形成する（図３の（Ｂ）参照）。アルミニウムのス
パッタ粒子が引出し電極層１４の法線に対して約７５度
傾いて引出し電極層１４上に入射するようにアルミニウ
ムを斜め蒸着すると、引出し電極層１４に設けられた開
口部１５の縁部から剥離層１７が庇状に延びるようにア
ルミニウムが堆積し、剥離層１７によって開口部１５は
実質的に縮径される。

【００４１】［工程−１２０］次に、全面に例えばタン
グステン（Ｗ）を垂直蒸着する。このとき、図４に示す
ように、剥離層１７上でオーバーハング形状を有するタ
ングステン層１８が成長するに伴い、開口部１５の実質
的な直径が次第に縮小されるので、空洞部１６の底部に
おいて堆積に寄与する蒸着粒子は、次第に開口部１５の
中央付近を通過するものに限られるようになる。この結
果、空洞部１６の底部には円錐形の堆積物が形成され、
この円錐形の堆積物がイオン放出のためのエミッタ電極
部１３となる。

【００４２】［工程−１３０］その後、電気化学的プロ
セス及び湿式プロセスによって剥離層１７を引出し電極
層１４の表面から剥離し、引出し電極層１４の上方のタ
ングステン層１８を選択的に除去する。その後、必要に
応じて、層間絶縁層１２を等方的にエッチングして空洞
部１６の上方に引出し電極層１４が突出するような構造
としてもよい。こうして、図１に示した構造のスピント
型の電界イオン放出素子、及び、複数の電界イオン放出
素子が設けられた第１パネルを得ることができる。

【００４３】［工程−１４０］透明基板２０に電極層２
１及び蛍光体層２２が形成された第２パネルを準備す
る。そして、第１パネルの縁部と第２パネルの縁部と
を、例えばフリットガラスから成るシール材２４を用い
て外周枠２３を介して接合した後、第１パネルと第２パ
ネルと外周枠２３とで囲まれた空間内の圧力を０．１３
Ｐａ以下まで排気し、次いで、封止する。そして、表示
装置を外部電源回路に接続すると、本発明の表示装置を
駆動することができる。外部電源回路には、電極層２１
に所定の電圧（例えば−５ｋＶ）を印加するための加速
電源３０、引出し電極層１４に所定の電圧（例えば０ボ
ルト）を印加するための制御回路３１、電極層１１に所
定の電圧（例えば５００ボルト）を印加するための制御
回路３２が含まれる。

【００４４】尚、多数のエミッタ電極部１３の先端の曲
率を一定に揃えるためには、例えば、米国特許第５２０
９６８７号に開示された電界蒸発法を採用すればよい。
この電界蒸発法においては、エミッタ電極部１３に、表
示装置を駆動するときの電圧よりも例えば２０〜３０％
以上高い電圧を制御回路３２から印加する。これによっ
て、先端の曲率が小さいエミッタ電極部からエミッタ電
極部を構成する材料の蒸発が順次始まり、最終的に、多
数のエミッタ電極部１３の先端の曲率が一定となる。ま
た、表示装置を長時間使用していると、エミッタ電極部
１３を構成する材料の表面の酸化等によって、エミッタ
電極部１３の仕事関数が大きくなってくる場合がある。
このような現象が発生すると、発生するイオン電流が減
少し、表示装置の輝度が低下したり、輝度にばらつきが
生じる。それ故、これらの現象が発生した場合にも、エ
ミッタ電極部１３に、表示装置を駆動するときの電圧よ
りも例えば２０〜３０％高い電圧を制御回路３２から印
加すればよい。これによって、多数のエミッタ電極部１
３の先端の表面に形成された酸化物を除去でき、しか
も、多数のエミッタ電極部１３の先端の曲率を一定とす
ることができる。

【００４５】（実施の形態２）実施の形態２は実施の形
態１の変形であり、電界イオン放出素子は平面型電界イ
オン放出素子から構成されている。この電界イオン放出
素子は、図５の（Ａ）に模式的な一部端面図を示し、図
５の（Ｂ）に立体形状を示す概略斜視図を示すように、
絶縁性基体４０上に設けられたエミッタ電極層４３、絶
縁性基体４０上に形成され、エミッタ電極層４３を被覆
する層間絶縁層４２、層間絶縁層４２上に形成され、開
口部４５を有する引出し電極層４４、並びに、開口部４
５の下の層間絶縁層４２に設けられた空洞部４６から成
り、平面状のエミッタ電極層４３が空洞部４６の底部に
露出している。尚、図５の（Ａ）は、図５の（Ｂ）のＡ
−Ａ線に沿った１つの開口部近傍の模式的な一部端面図
である。図５の（Ｂ）では、層間絶縁層４２と絶縁性基
体４０の図示を省略しているが、層間絶縁層４２に設け
られた空洞部４６を破線で示す。また、引出し電極層４
４とエミッタ電極層４３との距離を、若干拡大して示し
ている。

【００４６】図５に示す電界イオン放出素子において
は、絶縁性基体４０の表面に、一方向に延在するストラ
イプ状のエミッタ電極層４３、層間絶縁層４２、及びエ
ミッタ電極層４３と直交する方向に延在するストライプ
状の引出し電極層４４が順次積層されている。そして、
引出し電極層４４と層間絶縁層４２とが重複する領域
に、引出し電極層４４及び層間絶縁層４２を貫通する開
口部４５及び空洞部４６が設けられている。空洞部４６
の底部に露出したエミッタ電極層４３の部分が、イオン
放出部として機能する部分である。図５の（Ｂ）におい
ては、引出し電極層４４とエミッタ電極層４３とが重複
する各領域にそれぞれ１個だけ開口部４５、空洞部４６
が形成された状態を例示しているが、実際に表示装置に
組み込まれる場合には、各領域に複数個の開口部４５、
空洞部４６が形成される場合が多い。

【００４７】絶縁性基体４０としては、一例としてガラ
ス基板を使用する。エミッタ電極層４３は、幅約５０μ
ｍのタングステン層から成り、約１００μｍのピッチで
ストライプ状に配列されている。層間絶縁層４２は、厚
さ約５μｍの絶縁性ガラス層（ガラス・ペースト硬化
物）から成る。引出し電極層４４は、厚さ約５μｍ、幅
約５０μｍの銀焼結体パターンから成り、約１００μｍ
のピッチでストライプ状に配列されている。引出し電極
層４４の延在方向は、図５にも既に示したように、エミ
ッタ電極層４３の延在方向と直交している。引出し電極
層４４及び層間絶縁層４２に設けられた開口部４５及び
空洞部４６の直径を１０μｍとする。

【００４８】以下、実施の形態２にかかる表示装置の電
界イオン放出素子を製造するプロセスについて、図６を
参照しながら説明する。

【００４９】［工程−２００］先ず、一例としてガラス
基板から成る絶縁性基体４０の上にスパッタ法にてタン
グステン層を成膜し、次いで、タングステン層をパター
ニングすることによってストライプ状のエミッタ電極層
４３を形成する（図６の（Ａ）参照）。各ストライプの
幅を５０μｍ、ピッチを１００μｍとする。

【００５０】［工程−２１０］次に、層間絶縁層４２を
形成するため、全面に一例としてガラス・ペーストを印
刷する。ガラス・ペーストの印刷パターンには、エミッ
タ電極層４３と後に形成される引出し電極層４４との重
複予定領域において、必要な個数の空洞部４６が設けら
れている。その後、４８０°Ｃで焼成を行い、図６の
（Ｂ）に示すように、一例として厚さ５μｍの絶縁性ガ
ラス層（ガラス・ペースト硬化物）から成る層間絶縁層
４２を形成する。

【００５１】その後、引出し電極層４４を形成するた
め、層間絶縁層４２の上に一例として銀ペーストをスト
ライプ状に印刷する。ストライプのピッチは、作製しよ
うとする表示装置の画面の画素ピッチに等しい。ここで
は、各ストライプの幅を５０μｍ、ピッチを１００μｍ
とする。この銀ペーストの印刷パターンには、層間絶縁
層４２に設けられた空洞部４６と位置合わせされた開口
部４５が形成されている。その後、４８０°Ｃで焼成を
行い、図５に示す電界イオン放出素子を完成させること
ができる。尚、上述のプロセスでは、層間絶縁層４２及
び引出し電極層４４を形成するためのペーストを塗布す
る毎に焼成を行ったが、焼成回数を減らすために、各層
４２，４４の印刷工程を連続して行い、その後、焼成を
行ってもよい。

【００５２】（実施の形態３）実施の形態３も実施の形
態１の変形であり、電界イオン放出素子はエッジ放出型
電界イオン放出素子から構成されている。この電界イオ
ン放出素子は、図７に模式的な一部端面図を示し、図８
に一部を切り欠いた模式的な斜視図を示すように、絶縁
性基体５０上に設けられた第１引出し電極層５１、絶縁
性基体５０上に形成され、第１引出し電極層５１を被覆
する第１層間絶縁層５２、第１層間絶縁層５２上に形成
されたエミッタ電極層５３、エミッタ電極層５３を被覆
する第２層間絶縁層５６、第２層間絶縁層５６上に形成
された第２引出し電極層５４、並びに、第２引出し電極
層５４、第２層間絶縁層５６、エミッタ電極層５３及び
第１層間絶縁層５２に設けられた開口部５５から成り、
エミッタ電極層５３の端部５３Ａは、開口部５５の側壁
から突出しており、イオン放出部として機能する。尚、
図７は、図８のＡ−Ａ線に沿った１つの開口部近傍の模
式的な一部端面図である。

【００５３】開口部５５は、第２引出し電極層５４に穿
設された第１開口部５５Ａ、第２層間絶縁層５６に穿設
された第２開口部５５Ｂ、エミッタ電極層５３に穿設さ
れた第３開口部５５Ｃ、及び、第１層間絶縁層５２に穿
設された第４開口部５５Ｄから構成されている。そし
て、開口部５５の底部には第１引出し電極層５１が露出
している。第３開口部５５Ｃの上端部は第１開口部５５
Ａの開口端面よりも後退した位置にあり、且つ、第３開
口部５５Ｃの上端部に比べて第３開口部５５Ｃの下端部
は突出している。即ち、エミッタ電極層５３の厚さは先
端部に向かうほど薄くなっており、その端面の傾斜は順
テーパ状である。更に、第２開口部５５Ｂの下端部は第
３開口部５５Ｃの上端部よりも後退した位置にあり、且
つ、第４開口部５５Ｄの上端部は、第３開口部５５Ｃの
下端部よりも後退した位置にある。即ち、エミッタ電極
層５３の端部は、開口部５５の壁面、より具体的には第
２層間絶縁層５６と第１層間絶縁層５２とが成す壁面か
ら突出している。第２開口部５５Ｂの下端部と第４開口
部５５Ｄの上端部との位置関係については特に規定され
るものではなく、加工条件によって変化する可能性があ
る。また、第４開口部５５Ｄの上端部は、少なくともエ
ミッタ電極層５３の端部５３Ａよりは後退している必要
がある。

【００５４】ところで、図７及び図８に例示した電界イ
オン放出素子は、開口部５５が概ね矩形の平面形状を有
しており、少なくとも、第２引出し電極層５４に穿設さ
れる第１開口部５５Ａは矩形である。

【００５５】以下、上述した電界イオン放出素子の製造
方法について、絶縁性基体等の模式的な一部端面図であ
る図９乃至図１３を参照しながら説明する。

【００５６】［工程−３００］先ず、図９の（Ａ）に示
すように、一例として、第１パネルを構成するガラス基
板から成る絶縁性基体５０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技術及びドライエッチ
ング技術によりこのタングステン膜をパターニングし、
第１引出し電極層５１を形成する。

【００５７】［工程−３１０］次に、図９の（Ｂ）に示
すように、全面に第１層間絶縁層５２を形成する。ここ
では一例として、ＳｉＯ₂を約０．３μｍの厚さに形成
する。更に、この第１層間絶縁層５２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、エミッタ電極層５３を形成
する。

【００５８】［工程−３２０］次に、図１０の（Ａ）に
示すように、全面に例えばＳｉＯ₂から成る第２層間絶
縁層５６を例えば約０．７μｍの厚さに形成する。更
に、この第２層間絶縁層５６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引出し電極層５４を得ることができ
る。第２引出し電極層５４の構成材料や厚さは、第１引
出し電極層５１と同じであってもよいし、異なっていて
もよい。

【００５９】［工程−３３０］その後、全面にレジスト
層５７を形成し、更にこのレジスト層５７に、第２引出
し電極層５４の表面を一部露出させるようにレジスト開
口部５７Ａを形成する。レジスト開口部５７Ａの平面形
状は矩形であり、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
５７Ａの底面に露出した第２引出し電極層５４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、第１開口部５５Ａを形成する（図１０の
（Ｂ）参照）。ここでは第２引出し電極層５４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第１開口部５５Ａを形
成することができる。

【００６０】［工程−３４０］次に、図１１に示すよう
に、第１開口部５５Ａの底面に露出した第２層間絶縁層
５６を等方的にエッチングし、第２開口部５５Ｂを形成
する。ここでは第２層間絶縁層を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。第２開口部５５Ｂの壁面は、第１開口
部５５Ａ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開口部５５Ｂの下端が第１開口部５
５Ａの開口端面よりも後退するまで、ウェットエッチン
グを行う。

【００６１】［工程−３５０］次に、図１２に示すよう
に、第２開口部５５Ｂの底面に露出したエミッタ電極層
５３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−３５０］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１開口部５５Ａ
の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、エミッタ電極層５３の露出面の中で、本
来であれば第１開口部５５Ａ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、エミッタ電極層５３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、入射角の大きい主エッチング種ほど入射確率
は低い。従って、第３開口部５５Ｃの上端部の位置は第
２開口部５５Ｂの下端部とほぼ揃っているものの、第３
開口部５５Ｃの下端部の位置はその上端部よりも突出し
た状態となる。つまり、エミッタ電極層５３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ＳＦ₆を用いる
ことにより、エミッタ電極層５３の良好な加工を行うこ
とができる。

【００６２】［工程−３６０］次に、図１３に示すよう
に、第３開口部５５Ｃの底面に露出した第１層間絶縁層
５２を等方的にエッチングし、第４開口部５５Ｄを形成
し、開口部５５を完成させる。ここでは、上述の第２層
間絶縁層５６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４開口部５５Ｄの壁
面は第３開口部５５Ｃ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開口部５５Ｂの壁面
は更に後退する。尚、開口部５５の完成後にレジスト層
５７を除去すると、図７及び図８に示した構造を得るこ
とができる。

【００６３】（実施の形態４）実施の形態４も実施の形
態１の変形である。実施の形態４が実施の形態１と相違
する点は、第１パネルと第２パネルとの間にブランキン
グ電極６１が設けられている点にある。実施の形態４に
おける電界イオン放出素子の模式的な一部端面図を図１
４の（Ａ）に示し、模式的な平面図を図１４の（Ｂ）に
示す。尚、図１４の（Ａ）は、図１４の（Ｂ）の線Ａ−
Ａに沿った図である。尚、参照番号６０は、引出し電極
層１４上に形成された厚さ約０．５μｍの絶縁層であ
る。ブランキング電極６１、絶縁層６０、エミッタ電極
部１３の区別を明確にするために、図１４の（Ｂ）にお
いて、これらに斜線を付した。尚、一対のブランキング
電極６１Ａ，６１Ｂに電圧を印加するための配線が絶縁
層６０上に形成されているが、これらの配線の図示は省
略した。

【００６４】ブランキング電極６１を設けることによっ
て蛍光体層２２に向かうイオンの軌道がどの程度曲げら
れるかを計算した結果を、図１５の（Ａ）に示す。尚、
図１５の（Ｂ）に模式図を示すように、蛍光体層２２に
対する法線であってエミッタ電極部１３の先端と交わ
り、且つ、ブランキング電極６１の軸線と一致する直線
をＺ軸とし、ブランキング電極６１と絶縁層６０との界
面に含まれ、且つ、Ｚ軸と直交する直線をＸ軸（図１４
の（Ａ）も参照のこと）とする。そして、ブランキング
電極６１を構成する第１ブランキング電極６１Ａ及び第
２ブランキング電極６１Ｂが、Ｚ軸と平行に配設されて
いる。ここで、第１ブランキング電極６１Ａは、Ｘ軸の
正の方向にＺ軸から０．５μｍ離れて配置され、０ボル
トが印加され、第２ブランキング電極６１Ｂは、Ｘ軸の
負の方向にＺ軸から０．５μｍ離れて配置され、２０ボ
ルトが印加されるとした。また、ブランキング電極６１
に入射するイオンをヘリウムイオン（Ｈｅ⁺）、かかる
ブランキング電極６１に入射する際のイオンの有するエ
ネルギーを５００ｅＶと仮定した。

【００６５】図１５の（Ａ）からも明らかなように、第
１ブランキング電極６１Ａと第２ブランキング電極６１
Ｂとで囲まれた空間に進入したイオンが、Ｚ軸方向に１
０μｍだけブランキング電極６１内を進行すると、Ｘ軸
方向に１μｍだけイオンの軌道がずれる。それ故、上記
の条件においては、最低、Ｚ軸方向に沿って長さ１０μ
ｍのブランキング電極６１を設ければ、イオンはブラン
キング電極６１に衝突する。

【００６６】従って、画像信号に対応した画像形成を、
エミッタ電極部１３からのイオン電流そのもののオン／
オフ制御によって行うのではなく、即ち、エミッタ電極
部１３と引出し電極層１４との間の電位差の制御によっ
て行うのではなく、エミッタ電極部１３から、常時、イ
オンを放出させておき、かかるイオンを、一旦、ブラン
キング電極６１に取り込み、ブランキング電極６１のオ
ン／オフ動作によってイオンの蛍光体層２２への衝突の
制御を行うことができる。この場合、ブランキング電極
６１のオン／オフ制御は、例えば、高々２０ボルトでよ
く、エミッタ電極部１３からのイオン電流そのもののオ
ン／オフ制御によって行う場合、即ち、例えば５００ボ
ルトのオン／オフ制御と比較して、約１／２５に駆動電
圧の振幅を低減することができる。尚、実施の形態４に
おいては、電界イオン放出素子として、スピント型電界
イオン放出素子を例にとり説明したが、実施の形態４に
て説明したブランキング電極６１と、平面型電界イオン
放出素子あるいはエッジ放出型電界イオン放出素子とを
組み合わせることもできる。

【００６７】（実施の形態５）実施の形態５も実施の形
態１の変形である。実施の形態５の表示装置において
は、電界イオン放出素子から放出されたイオンは、蛍光
体層２２に到達する前に、イオンの有するエネルギーが
１以上の蛍光体発光粒子（実施の形態５においては電
子）に受け渡される。より具体的には、実施の形態５
は、第１パネルと第２パネルとの間に２次電子倍増装置
であるマイクロ・チャンネル・プレート（ＭＣＰ）が設
けられている点で、実施の形態１にて説明した表示装置
と相違する。マイクロ・チャンネル・プレートは、例え
ば、内径１０〜２０μｍの細いガラス管（チャンネル）
が多数束ねられた構造を有し、厚さ０．１ｍｍ程度のプ
レート状の形状である。個々のチャンネルの内壁は適当
な抵抗値を有する２次電子材料でコーティングされてお
り、チャンネル１本１本が独立した連続２次電子倍増器
として動作する。マイクロ・チャンネル・プレート（Ｍ
ＣＰ）は、引出し電極層１４の上方に適切な手段によっ
て固定すればよい。

【００６８】実施の形態５の表示装置においては、電界
イオン放出素子から放出されたイオンが２次電子倍増装
置であるマイクロ・チャンネル・プレート（ＭＣＰ）に
入射し、マイクロ・チャンネル・プレート（ＭＣＰ）か
ら射出された電子が蛍光体層２２に衝突することによっ
て、蛍光体層２２が発光する。尚、図１６に示すよう
に、マイクロ・チャンネル・プレート（ＭＣＰ）のイオ
ン入射側の電位が例えば０ボルト乃至−１００ボルトに
なるように制御することによって、イオンの２次電子倍
増装置への入射、即ち、電界イオン放出素子からのイオ
ンビームの集束性を制御することが可能となる。更に
は、電界イオン放出素子からのイオンビームの集束性を
高めるためには、マイクロ・チャンネル・プレート（Ｍ
ＣＰ）のイオン入射側の負の電位を高くすればよい。

【００６９】更には、図１７に概念図を示すように、電
界イオン放出素子と２次電子倍増装置であるマイクロ・
チャンネル・プレート（ＭＣＰ）との間にブランキング
電極６１を設けてもよい。

【００７０】また、実施の形態５においては、電界イオ
ン放出素子として、スピント型電界イオン放出素子を例
にとり説明したが、平面型電界イオン放出素子あるいは
エッジ放出型電界イオン放出素子とすることもできる。
更には、ブランキング電極６１と、平面型電界イオン放
出素子あるいはエッジ放出型電界イオン放出素子とを組
み合わせることもできる。

【００７１】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明した電界イオン放出素子
の構造、表示装置の構造、使用した各種の材料は例示で
あり、適宜変更することができる。また、印加電圧の値
も例示であり、適宜変更することができる。

【００７２】尚、引出し電極層の表面から電子が電界放
出されることを確実に防止するために、引出し電極層表
面の電界を十分に低く（例えば０．００１Ｖ／ｃｍ以
下）保持する必要がある。そのためには、例えば、引出
し電極層表面を十分に滑らかになるように加工し、また
引出し電極層に印加する電圧を０乃至−２００ボルトと
すればよい。

【００７３】

【発明の効果】本発明においては、電界イオン放出素子
へのガス吸着を抑制することが可能となる結果、電界イ
オン放出素子における仕事関数の変化を少なくすること
ができる。それ故、電界イオン放出方式表示装置の輝度
の低下、あるいは輝度の変化を抑制することができ、電
界イオン放出方式表示装置の安定した動作を得ることが
できる。しかも、イオンが電界イオン放出素子の表面に
衝突することを抑制することができる結果、電界イオン
放出素子に損傷が発生することを防止でき、電界イオン
放出素子の長寿命化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１の電界イオン放出方式表示
装置の概念図、及び、電界イオン放出素子の模式的な一
部端面図である。

【図２】図１に示すエミッタ電極部の先端部分を拡大し
た模式図である。

【図３】図１に示した電界イオン放出素子の作製方法を
説明するための絶縁性基体等の模式的な一部端面図であ
る。

【図４】図３に引き続き、図１に示した電界イオン放出
素子の作製方法を説明するための絶縁性基体等の模式的
な一部端面図である。

【図５】発明の実施の形態２の電界イオン放出素子の模
式的な一部端面図、及び、立体形状を示す概略斜視図で
ある。

【図６】図６に示した電界イオン放出素子の作製方法を
説明するための絶縁性基体等の模式的な一部端面図であ
る。

【図７】発明の実施の形態３の電界イオン放出方式表示
装置における電界イオン放出素子の模式的な一部端面図
である。

【図８】図７に示した電界イオン放出素子の一部を切り
欠いた模式的な斜視図である。

【図９】発明の実施の形態３における電界イオン放出素
子の作製方法を説明するための絶縁性基体等の模式的な
一部端面図である。

【図１０】図９に引き続き、発明の実施の形態３におけ
る電界イオン放出素子の作製方法を説明するための絶縁
性基体等の模式的な一部端面図である。

【図１１】図１０に引き続き、発明の実施の形態３にお
ける電界イオン放出素子の作製方法を説明するための絶
縁性基体等の模式的な一部端面図である。

【図１２】図１１に引き続き、発明の実施の形態３にお
ける電界イオン放出素子の作製方法を説明するための絶
縁性基体等の模式的な一部端面図である。

【図１３】図１２に引き続き、発明の実施の形態３にお
ける電界イオン放出素子の作製方法を説明するための絶
縁性基体等の模式的な一部端面図である。

【図１４】ブランキング電極が設けられた発明の実施の
形態４の電界イオン放出方式表示装置における電界イオ
ン放出素子の模式的な一部端面図、及び、部分的な平面
図である。

【図１５】ブランキング電極を設けることによって蛍光
体層に向かうイオンの軌道がどの程度曲げられるかを計
算した結果を示すグラフ、及び、計算の元となったブラ
ンキング電極等の配置を模式的に表した図である。

【図１６】マイクロ・チャンネル・プレートが設けられ
た発明の実施の形態５の電界イオン放出方式表示装置の
部分的な概念図である。

【図１７】マイクロ・チャンネル・プレート及びブラン
キング電極が設けられた発明の実施の形態６の電界イオ
ン放出方式表示装置の変形例の部分的な概念図である。

【図１８】エミッタ電極部あるいはエミッタ電極層表面
近傍の電界強度とイオン電流の関係を示すグラフであ
る。

【図１９】スピント型の冷陰極電界電子放出素子を備え
た従来の冷陰極電界電子放出型表示装置の概念図であ
る。

【図２０】仕事関数φと放出電子電流密度Ｊとの関係を
示すグラフである。

【図２１】ガス分子が電子放出部の表面に吸着する状態
を示す模式図、及び、蛍光体層から放出された正のイオ
ンがアノード電極層の表面に衝突する状態を示す模式図
である。

【符号の説明】

１０・・・絶縁性基体、１１・・・絶縁性基体上に設け
られた電極層、１２・・・層間絶縁層、１３・・・エミ
ッタ電極部、１４・・・引出し電極層、１５・・・開口
部、１６・・・空洞部、１７・・・剥離層、１８・・・
タングステン層、２０・・・透明基板、２１・・・第２
パネルに設けられた電極層、２２・・・蛍光体層、３０
・・・加速電源、３１，３２・・・制御回路、４０・・
・絶縁性基体、４３・・・エミッタ電極層、４２・・・
層間絶縁層、４４・・・引出し電極層、４５・・・開口
部、４６・・・空洞部、５０・・・絶縁性基体、５１・
・・第１引出し電極層、５２・・・第１層間絶縁層、５
３・・・エミッタ電極層、５４・・・第２引出し電極
層、５５，５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ・・・開口
部、５６・・・第２層間絶縁層、５７・・・レジスト
層、６０・・・絶縁層、６１・・・ブランキング電極、
ＭＣＰ・・・マイクロ・チャンネル・プレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 29/94 Ｈ０１Ｊ 29/94 Ｆターム(参考） 5C031 DD09 DD17 5C032 JJ17 5C036 EE01 EF01 EF06 EF09 EG12 EG15 EG18 EG50 EH26 5C080 AA08 BB05 CC03 DD29 EE19 FF10 GG08 HH17 JJ06 KK02 KK43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素を有し、第１パネルと、第２パネルと、第１パネル及び第２パネ
ルの縁部に取り付けられた外周枠とを備え、各画素は、第１パネルを構成する絶縁性基体上に設けら
れた複数の電界イオン放出素子と、該電界イオン放出素
子に対向して第２パネルを構成する透明基板上に設けら
れた電極層及び蛍光体層から構成され、電界イオン放出素子から放出されたイオンに基づき蛍光
体層が発光することを特徴とする電界イオン放出方式表
示装置。
【請求項２】電界イオン放出素子の表面近傍に電界を形
成することによって、第１パネルと第２パネルと外周枠
とで囲まれた空間内に存在する原子若しくは分子からイ
オンを生成させることを特徴とする請求項１に記載の電
界イオン放出方式表示装置。
【請求項３】電界イオン放出素子から放出されたイオン
が蛍光体層に衝突することにより蛍光体層が発光するこ
とを特徴とする請求項１に記載の電界イオン放出方式表
示装置。
【請求項４】第１パネルと第２パネルとの間にブランキ
ング電極が設けられていることを特徴とする請求項３に
記載の電界イオン放出方式表示装置。
【請求項５】電界イオン放出素子から放出されたイオン
が蛍光体層に到達する前に、イオンの有するエネルギー
が１以上の蛍光体発光粒子に受け渡されることを特徴と
する請求項１に記載の電界イオン放出方式表示装置。
【請求項６】蛍光体発光粒子は電子であることを特徴と
する請求項５に記載の電界イオン放出方式表示装置。
【請求項７】第１パネルと第２パネルとの間に２次電子
倍増装置が設けられていることを特徴とする請求項１に
記載の電界イオン放出方式表示装置。
【請求項８】電界イオン放出素子から放出されたイオン
が２次電子倍増装置に入射し、２次電子倍増装置から射
出された電子が蛍光体層に衝突することによって蛍光体
層が発光することを特徴とする請求項７に記載の電界イ
オン放出方式表示装置。
【請求項９】２次電子倍増装置のイオン入射側の電位を
制御することによって、イオンの２次電子倍増装置への
入射を制御することを特徴とする請求項７に記載の電界
イオン放出方式表示装置。
【請求項１０】電界イオン放出素子と２次電子倍増装置
との間にブランキング電極が設けられていることを特徴
とする請求項７に記載の電界イオン放出方式表示装置。
【請求項１１】第１パネルと第２パネルと外周枠とで囲
まれた空間内の圧力は０．１３Ｐａ以下であることを特
徴とする請求項１に記載の電界イオン放出方式表示装
置。
【請求項１２】電界イオン放出素子は、（Ａ）絶縁性基体上に設けられた電極層、（Ｂ）絶縁性基体上に形成され、該電極層を被覆する層
間絶縁層、（Ｃ）該層間絶縁層上に形成され、開口部を有する引出
し電極層、並びに、（Ｄ）該開口部の下の層間絶縁層に設けられた空洞部内
に位置し、且つ、該空洞部の底部に位置する電極層上に
配設されたエミッタ電極部、から成ることを特徴とする
請求項１に記載の電界イオン放出方式表示装置。
【請求項１３】エミッタ電極部の形状は、円錐形又は柱
状であることを特徴とする請求項１２に記載の電界イオ
ン放出方式表示装置。
【請求項１４】電界イオン放出素子は、（Ａ）絶縁性基体上に設けられたエミッタ電極層、（Ｂ）絶縁性基体上に形成され、該エミッタ電極層を被
覆する層間絶縁層、（Ｃ）該層間絶縁層上に形成され、開口部を有する引出
し電極層、並びに、（Ｄ）該開口部の下の層間絶縁層に設けられた空洞部、
から成り、平面状のエミッタ電極層は空洞部の底部に露
出していることを特徴とする請求項１に記載の電界イオ
ン放出方式表示装置。
【請求項１５】電界イオン放出素子は、（Ａ）絶縁性基体上に設けられた第１引出し電極層、（Ｂ）絶縁性基体上に形成され、該第１引出し電極層を
被覆する第１層間絶縁層、（Ｃ）該第１層間絶縁層上に形成されたエミッタ電極
層、（Ｄ）該エミッタ電極層を被覆する第２層間絶縁層、（Ｅ）該第２層間絶縁層上に形成された第２引出し電極
層、並びに、（Ｆ）少なくとも、第２引出し電極層、第２層間絶縁層
及び第１層間絶縁層に設けられた開口部、から成り、エミッタ電極層の端部は開口部側壁から突出しているこ
とを特徴とする請求項１に記載の電界イオン放出方式表
示装置。
【請求項１６】複数の画素を有し、第１パネルと、第２パネルと、第１パネル及び第２パネ
ルの縁部に取り付けられた外周枠とを備え、各画素は、第１パネルを構成する絶縁性基体上に設けら
れた複数の電界イオン放出素子と、該電界イオン放出素
子に対向して第２パネルを構成する透明基板上に設けら
れた電極層及び蛍光体層から構成された電界イオン放出
方式表示装置の駆動方法であって、電界イオン放出素子の表面近傍に電界を形成することに
よって、第１パネルと第２パネルと外周枠とで囲まれた
空間内に存在する原子若しくは分子からイオンを生成さ
せ、該イオンに基づき蛍光体層を発光させることを特徴
とする電界イオン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項１７】生成したイオンが蛍光体層に衝突するこ
とにより蛍光体層を発光させることを特徴とする請求項
１６に記載の電界イオン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項１８】第１パネルと第２パネルとの間にブラン
キング電極が設けられていることを特徴とする請求項１
７に記載の電界イオン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項１９】ブランキング電極に印加する電圧の制御
によって、生成したイオンの蛍光体層への衝突を制御す
ることを特徴とする請求項１８に記載の電界イオン放出
方式表示装置の駆動方法。
【請求項２０】生成したイオンが蛍光体層に到達する前
に、イオンの有するエネルギーを１以上の蛍光体発光粒
子に受け渡すことを特徴とする請求項１６に記載の電界
イオン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項２１】蛍光体発光粒子は電子であることを特徴
とする請求項２０に記載の電界イオン放出方式表示装置
の駆動方法。
【請求項２２】第１パネルと第２パネルとの間に２次電
子倍増装置が設けられていることを特徴とする請求項１
６に記載の電界イオン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項２３】生成したイオンが２次電子倍増装置に入
射し、２次電子倍増装置から射出された電子が蛍光体層
に衝突することによって蛍光体層を発光させることを特
徴とする請求項２２に記載の電界イオン放出方式表示装
置の駆動方法。
【請求項２４】２次電子倍増装置のイオン入射側の電位
を制御することによって、イオンの２次電子倍増装置へ
の入射を制御することを特徴とする請求項２２に記載の
電界イオン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項２５】電界イオン放出素子と２次電子倍増装置
との間にブランキング電極が設けられていることを特徴
とする請求項２２に記載の電界イオン放出方式表示装置
の駆動方法。
【請求項２６】ブランキング電極に印加する電圧の制御
によって、生成したイオンの２次電子倍増装置への入射
を制御することを特徴とする請求項２５に記載の電界イ
オン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項２７】第１パネルと第２パネルと外周枠とで囲
まれた空間内の圧力は０．１３Ｐａ以下であることを特
徴とする請求項１６に記載の電界イオン放出方式表示装
置の駆動方法。
【請求項２８】電界イオン放出素子は、（Ａ）絶縁性基体上に設けられた電極層、（Ｂ）絶縁性基体上に形成され、該電極層を被覆する層
間絶縁層、（Ｃ）該層間絶縁層上に形成され、開口部を有する引出
し電極層、並びに、（Ｄ）該開口部の下の層間絶縁層に設けられた空洞部内
に位置し、且つ、該空洞部の底部に位置する電極層上に
配設されたエミッタ電極部、から成ることを特徴とする
請求項１６に記載の電界イオン放出方式表示装置の駆動
方法。
【請求項２９】エミッタ電極部の形状は、円錐形又は柱
状であることを特徴とする請求項２８に記載の電界イオ
ン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項３０】電界イオン放出素子は、（Ａ）絶縁性基体上に設けられたエミッタ電極層、（Ｂ）絶縁性基体上に形成され、該エミッタ電極層を被
覆する層間絶縁層、（Ｃ）該層間絶縁層上に形成され、開口部を有する引出
し電極層、並びに、（Ｄ）該開口部の下の層間絶縁層に設けられた空洞部、
から成り、平面状のエミッタ電極層は空洞部の底部に露
出していることを特徴とする請求項１６に記載の電界イ
オン放出方式表示装置の駆動方法。
【請求項３１】電界イオン放出素子は、（Ａ）絶縁性基体上に設けられた第１引出し電極層、（Ｂ）絶縁性基体上に形成され、該第１引出し電極層を
被覆する第１層間絶縁層、（Ｃ）該第１層間絶縁層上に形成されたエミッタ電極
層、（Ｄ）該エミッタ電極層を被覆する第２層間絶縁層、（Ｅ）該第２層間絶縁層上に形成された第２引出し電極
層、並びに、（Ｆ）少なくとも、第２引出し電極層、第２層間絶縁層
及び第１層間絶縁層に設けられた開口部、から成り、エミッタ電極層の端部は開口部側壁から突出しているこ
とを特徴とする請求項１６に記載の電界イオン放出方式
表示装置の駆動方法。