JP2000208025A

JP2000208025A - 電子放出素子及び電子放出源とそれらの製造方法並びにそれらを使用した画像表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000208025A
Application number: JP472999A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Shiratori; 哲也白鳥; Hideo Kurokawa; 英雄黒川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出部となる柱状物体の投影形状、柱状
物体と電子取り出しのための電子引き出し電極との間
隔、電子引き出し電極の電子通過開口部の形状、及び、
電子放出部である柱状物体を複数配設する場合には配設
ピッチを適切に設定することにより、電子放出部である
柱状物体に有効に電界を集中させて、低電圧での電子取
り出しが可能な電子放出素子を実現する。【解決手段】導電層と、該導電層に固着された、高さ
Ｌ及び幅Ｄの投影形状を有し、電子放出部として機能す
る柱状物体と、該柱状物体の先端から距離Ｚを隔てて配
設された電子引き出し電極と、を少なくとも備える電子
放出素子において、該Ｚ、Ｌ、及びＤの値がＺ≦０．２
５Ｌ及びＤ≦Ｌなる関係を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出する電
子放出素子及びその製造方法、並びに、上記の電子放出
素子を用いて構成される電子放出源及びその製造方法に
関する。

【０００２】また、本発明は、上記の電子放出源を用い
て構成される画像表示装置及びその製造方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、薄型ディスプレイ用の電子放出源
や、高速動作が可能な微小真空デバイスのエミッタ部分
として、微小電子放出素子の開発が盛んである。従来、
電子放出素子としては、高温に加熱されたタングステン
等の材料に高電圧を印加する「熱放出型」のものが用い
られていたが、近年、高温に加熱する必要が無く、低電
圧でも電子を放出することが可能である「冷陰極型」の
電子放出素子が盛んに研究開発がなされている。

【０００４】ここで、冷陰極型の電子放出素子（以下で
は、「冷陰極素子」とも称する）として要求される特性
は、低電圧・低消費電力駆動が可能で、高電流が安定に
得られることである。このような冷陰極素子は、例えば
特開平１０−１４９７６０号公報に開示されており、そ
の構成の簡略図を図９に示す。

【０００５】具体的には、上記の公報に開示されている
構成では、基板２１１に複数の電子放出部２１２が形成
されており、この各々の電子放出部２１２のアスペクト
比（底部直径に対する高さの割合）を、３以上且つ１×
１０⁶以下（好ましくは１×１０³以下）とする。これに
より、電子放出部２１２に効果的に電界が集中する結
果、低電圧駆動で大きな放出電流を得ることを意図して
いる。また、そのような電子放出部２１２の素材とし
て、カーボンナノチューブを用いている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
構成を有する従来の冷陰極型電子放出素子から電子を取
り出そうとする場合、電子放出部２１２のアスペクト比
の設定だけでは、必ずしも、電子引き出しのための駆動
電圧を実用的なレベルにまで下げることはできない。

【０００７】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、（１）低電圧駆動で大電流を
安定に得ることが可能な電子放出素子及びその製造方法
を提供すること、（２）上述の電子放出素子を用いた電
子放出源及びその製造方法を提供すること、並びに、
（３）上述の電子放出源を用いた画像表示装置及びその
製造方法を提供すること、を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、導電層と、該導電層に固着された、高さＬ及び幅Ｄ
の投影形状を有し、電子放出部として機能する柱状物体
と、該柱状物体の先端から距離Ｚを隔てて配設された電
子引き出し電極と、を少なくとも備える電子放出素子で
あって、該Ｚ、Ｌ、及びＤの値がＺ≦０．２５Ｌ及びＤ
≦Ｌなる関係を満たしており、そのことによって前述の
目的が達成される。

【０００９】本発明の他の電子放出素子は、導電層と、
該導電層の所定の固着領域にピッチＰで固着された、各
々が高さＬ及び幅Ｄの投影形状を有し、電子放出部とし
て機能する複数の柱状物体と、該柱状物体先端から距離
Ｚを隔てて配設された電子引き出し電極と、を少なくと
も備える電子放出素子であって、該Ｐ、Ｚ、Ｌ、及びＤ
の値がＺ≦０．２５Ｌ、Ｄ≦Ｌ、及びＰ≧０．５Ｌなる
関係を満たしており、そのことによって前述の目的が達
成される。

【００１０】好ましくは、前記柱状物体の先端部の曲率
半径ｒがｒ≦０．３Ｄなる関係を満たす。

【００１１】また、好ましくは、前記電子引き出し電極
が電子通過開口部を有し、該電子通過開口部の断面径ｄ
がｄ≧Ｄ＋２Ｚなる関係を満たす。

【００１２】或いは、好ましくは、前記電子引き出し電
極が電子通過開口部を有し、該電子通過開口部の断面径
ｄが、前記固着領域の幅Ｓに対してｄ≧Ｓ＋２Ｚなる関
係を満たす。

【００１３】前記柱状物体が針状形状を有し得る。

【００１４】前記柱状物体がカーボン系材料からなって
いてもよい。

【００１５】前記柱状物体が、グラファイトを主成分と
し且つその六炭素環のσ結合の切れた部分を有する材料
から構成されていてもよい。

【００１６】例えば、前記柱状物体が、ウィスカー、炭
素繊維、或いはカーボンナノチューブであってもよい。

【００１７】本発明の他の局面によって提供される電子
放出素子の製造方法は、導電層を基板上に形成する工程
と、該導電層に、高さＬ及び幅Ｄの投影形状を有し且つ
Ｄ≦Ｌなる関係を満たし、電子放出部として機能する柱
状物体を固着する工程と、該柱状物体の先端からＺ≦
０．２５Ｌなる関係を満たす距離Ｚを隔てて電子引き出
し電極を配設する工程と、を包含しており、そのことに
よって前述の目的が達成される。

【００１８】本発明の他の電子放出素子の製造方法は、
導電層を基板上に形成する工程と、該導電層の所定の固
着領域に、各々が高さＬ及び幅Ｄの投影形状を有し且つ
Ｄ≦Ｌなる関係を満たして、電子放出部として機能する
複数の柱状物体を、Ｐ≧０．５Ｌなる関係を満たすピッ
チＰにて固着する工程と、該柱状物体の先端からＺ≦
０．２５Ｌなる関係を満たす距離Ｚを隔てて電子引き出
し電極を配設する工程と、を、包含しており、そのこと
によって前述の目的が達成される。

【００１９】本発明の他の局面によって提供される電子
放出源は、複数の電子放出素子と、該複数の電子放出素
子の各々に電子放出のための電気信号を伝達する回路構
成と、を少なくとも備える電子放出源であって、該複数
の電子放出素子の各々が前述の特徴を有する電子放出素
子であり、そのことによって前述の目的が達成される。

【００２０】本発明の他の局面によって提供される電子
放出源の製造方法は、複数の電子放出素子を形成する工
程と、該複数の電子放出素子の各々に電子放出のための
電気信号を伝達する回路構成を形成する工程と、を包含
する電子放出源の製造方法であって、該複数の電子放出
素子の各々を前述の特徴を有する方法によって形成し、
そのことによって前述の目的が達成される。

【００２１】本発明の他の局面によって提供される画像
表示装置は、電子放出源と、該電子放出源から放出され
た電子により画像を形成する画像形成部と、を少なくと
も備える画像表示装置であって、該電子放出源が前述の
特徴を有する電子放出源であり、そのことによって前述
の目的が達成される。

【００２２】本発明の他の局面によって提供される画像
表示装置の製造方法は、電子放出源を形成して所定の箇
所に配設する工程と、該電子放出源から放出された電子
により画像を形成する画像形成部を、該電子放出源に対
して所定の位置関係で配設する工程と、を包含する画像
表示装置の製造方法であって、該電子放出源を前述の特
徴を有する方法によって形成し、そのことによって前述
の目的が達成される。

【００２３】〔発明の詳細な説明〕本発明の具体的な実施形態の説明
に先立って、まず、本願発明者らが本願発明に至る過程
で行った検討結果について、以下に説明する。

【００２４】本願発明者らは、従来技術における電子放
出素子の構成について様々な検討を加えたところ、電子
放出素子の駆動電圧に対しては、電子放出部のアスペク
ト比に加えて、電子引き出しのための電極と電子放出部
との相対的な位置関係が大きく影響を与えるということ
を確認した。また、同じ駆動電圧でより多くの電子を電
子放出部から引き出し、例えば対向して設けられた蛍光
体により大きな電流を到達させるためには、電子放出部
のアスペクト比、及び電子放出部と電子引き出し電極と
の位置関係に加えて、電子引き出し電極に形成された電
子通過開口部の形状についても、最適化を図る必要があ
るということも確認した。

【００２５】更に、先述の特開平１０−１４９７６０公
報には、一つの電子放出素子を複数の電子放出部を用い
て構成することにより、より多くの電流を得ることを可
能とする構成も記載されてはいるが、実際には、単純に
電子放出部を多く形成するだけでは多くの電流を得るこ
とが困難であること、電子放出部を密に形成しすぎる
と、電界集中の平坦化から、逆に電子放出効率が悪くな
ってしまうということを、本願発明者らは確認した。

【００２６】そこで、上記のような検討結果に基づい
て、本願発明者らは、以下に説明するような構成を有す
る本発明の電子放出素子や、その電子放出素子を備えた
電子放出源並びに画像表示装置を得ることができた。

【００２７】以下には、これらの構成やその製造方法を
説明する。

【００２８】（第１の実施形態）図１Ａは、本発明の第
１の実施形態における電子放出素子の概略断面図を示す
ものである。

【００２９】具体的には、基板１１の上に、導電層１が
形成されている。そして、投影形状で高さＬと幅Ｄとの
間に、Ｄ≦Ｌなる関係を有する柱状物体２が、導電層１に実質的に垂
直に固着されており、これが電子放出部２となる。ここ
で、導電層１は、柱状物体２に電子を供給する電極とし
て作用するものである。また、柱状物体２は、投影形状
で幅がＤであればよく、例えば、直径Ｄの円柱状でもよ
いし、或いは底面の一辺がＤの直方体でもよい。

【００３０】更に、この柱状物体２の先端から、Ｚ≦０．２５Ｌなる関係を満たす距離Ｚを隔てて、電子引き出し電極３
が配設されている。

【００３１】以上によって、電子放出素子が構成されて
おり、この電子引き出し電極３に電圧を印加して柱状物
体２の先端に電界を集中させて、電子ｅを引き出す。引
き出された電子ｅは、電子引き出し電極に設けられた電
子通過開口部４を通して、電子放出素子の外部に取り出
される。

【００３２】図１Ｂには、様々な形状の電子通過開口部
４を通して柱状物体２を見た図を示す。電子通過開口部
４は、図１Ｂ（ａ）のような円形の孔でも良く、図１Ｂ
（ｂ）のような方形の孔でも良い。また、その他の多角
形形状を有する孔であっても良い。或いは、図１Ｂ
（ｃ）に示すように、スリット状の開口部として、電子
通過開口部４を形成することも可能である。なお、図１
Ｂの各図で、電子通過開口部４を通して見える柱状物体
２の断面形状を円形に描いているが、この特定の形状に
限られないことは先述の通りである。

【００３３】図１Ａに示す断面図では、電子通過開口部
４が円形や多角形の孔である場合に見える孔の端面は、
簡略化のために図示を省略している。これは、本願に含
まれる同様の図でも同様である。

【００３４】柱状物体２は、投影形状で幅Ｄと高さＬと
の関係が、Ｄ≦Ｌとなるようにしていることから、柱状物体２の先端に電
界が集中しやすくなる。また、電子引き出し電極３は、
柱状物体２の先端から、Ｚ≦０．２５Ｌなる関係の距離Ｚを隔てて配設するようにしていること
から、やはり、柱状物体２の先端へ電界が集中しやすく
なる。以上より、電子引き出し電極３への印加電圧が低
くても柱状物体２の先端への電界集中が効果的に行わ
れ、その結果として、大電流の取り出しが可能となる。

【００３５】以上の構成において、柱状物体２の先端の
曲率半径ｒが、その幅Ｄに対して、ｒ≦０．３Ｄなる関係を有すると、柱状物体２の先端での局部的な電
界集中が更に高まり、本発明の効果を更に増大させる。

【００３６】また、柱状物体２から取り出した電子ｅを
有効に蛍光面（不図示）に到達させるためには、電子引
き出し電極３の電子通過開口部４の断面径（開口部４が
スリット状である場合にはその幅）ｄが、ｄ≧Ｄ＋２Ｚなる関係を有すると、更に効果的である。

【００３７】柱状物体２の先端への電界集中を更に効果
的に行わせるために、柱状物体２が針状形状であると更
に良い。また、柱状物体２を、カーボン系材料、特にグ
ラファイトを主成分とし且つその六炭素環のσ結合に切
れた部分を有する材料で構成すれば、同じ電界集中が作
用した場合に、より多くの電子放出量が得られて、大電
流量が得られる。このような材料としては、具体的に
は、例えばウィスカー、炭素繊維、或いはカーボンナノ
チューブなどが挙げられる。特に、カーボンナノチュー
ブは、ナノサイズのカーボンチューブが絡み合いながら
一方向に成長し針状形状を呈しており、巨視的針状形状
の中にさらに微視的針状形状が含まれていることから、
これを柱状物体２として用いることは、前述した電界集
中という観点からは非常に効果的である。

【００３８】柱状物体２は、例えば、何らかの固着剤を
使用して、導電層１に実質的に垂直に固着させればよ
い。固着剤として、具体的には、Ａｇペーストなどの導
電性ペーストが使用できるほか、蛍光体塗布などで多用
されて真空中での使用に際しての実績があるビークルを
使用することもできる。或いは、固着剤を使用する代わ
りに、その他の適切な方法を使用して、導電層１に実質
的に垂直に固定させてもよい。

【００３９】導電層１は、柱状物体２に電子を供給する
電極として作用するものであり、通常の金属をはじめと
する導電性の薄膜或いは厚膜から形成された電極、或い
は１層構造や多層構造の電極など、その具体的な構成に
関わらず、本発明の効果を得ることができる。

【００４０】次に、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、本
実施形態における電子放出素子の製造方法の一例を説明
する。

【００４１】まず、図３（ａ）に示すように、基板１１
であるガラス基板１１の上に、アルミニウム膜による導
電層１を形成する。

【００４２】次に、図３（ｂ）に示すように、導電層１
の上に、柱状物体２としてカーボンナノチューブを、固
着剤としてビークルを用いて、実質的に垂直方向に固着
する。この際の柱状物体２としてのカーボンナノチュー
ブは、例えば、投影形状で直径（幅）Ｄ＝約０．２ｍ
ｍ、長さ（高さ）Ｌ＝約２ｍｍのものを用いる。また、
各柱状物体（カーボンナノチューブ）２の先端は、曲率
半径ｒ＝約０．０４ｍｍのＲ形状を有している。

【００４３】更に、図３（ｃ）に示すように、柱状物体
２の先端から距離Ｚ＝約０．５ｍｍを隔てて、あらかじ
め電子通過開口部４が形成されている電子引き出し電極
３を、柱状物体２と開口部４とが位置合わせされるよう
にして、配設する。なお、電子引き出し電極３の電子通
過開口部の断面径（断面形状における幅）ｄは、ｄ＝約
１．２ｍｍとする。

【００４４】これによって、本実施形態の電子放出素子
が製造される。

【００４５】以上の条件により構成寸法を決定すれば、
柱状物体２に対して有効に電界を集中させると同時に、
電子引き出し電極３により取り出した電子ｅを有効に蛍
光面（不図示せず）に到達させることが可能となる。具
体的には、柱状物体２から約１μＡのエミッション電流
を得るためには、電子引き出し電極３に約１００Ｖとい
う比較的低い電圧を印加すればよく、従来技術に比べて
動作電圧が非常に低電圧化される。

【００４６】また、上記のような各部の構成寸法の比率
を保つことにより、同じ電圧条件で同じ電流量を得るこ
とができることを確認した。

【００４７】例えば、柱状物体２としてのカーボンナノ
チューブとして、投影形状で直径（幅）Ｄ＝約０．１ｍ
ｍ、長さ（高さ）Ｌ＝約１ｍｍ、先端の曲率半径ｒ＝約
０．０２ｍｍのものを用いた場合においても、電子引き
出し電極３を柱状物体２の先端から距離Ｚ＝約０．２５
ｍｍだけ隔てて配設し、電子通過開口部４の断面径（断
面形状における幅）をｄ＝約０．６ｍｍ（このｄの値
は、ｄ≧Ｄ＋２Ｚという関係式を満たす）とすることに
より、同じ印加電圧で同じ電子放出量が得られることを
確認した。

【００４８】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態における電子放出素子の概略断面図を示すも
のである。

【００４９】具体的には、基板１１の上に、導電層１が
形成されている。そして、投影形状で高さＬと幅Ｄとの
間に、各々がＤ≦Ｌなる関係を有する複数の柱状物体２が、Ｐ≧０．５Ｌなる関係を満たすピッチＰによって、導電層１に実質的
に垂直に固着されている。これらの柱状物体２が、電子
放出部２となる。ここで、導電層１は、柱状物体２に電
子を供給する電極として作用するものである。また、柱
状物体２は、投影形状で幅がＤであればよく、例えば、
直径Ｄの円柱状でもよいし、或いは底面の一辺がＤの直
方体でもよい。

【００５０】更に、この柱状物体２の先端から、Ｚ≦０．２５Ｌなる関係を満たす距離Ｚを隔てて、電子引き出し電極３
が配設されている。

【００５１】以上によって、電子放出素子が構成されて
おり、この電子引き出し電極３に電圧を印加して、電子
放出部を構成する複数の柱状物体２の先端に電界を集中
させて、電子ｅを引き出す。引き出された電子ｅは、電
子引き出し電極に設けられた電子通過開口部４を通し
て、電子放出素子の外部に取り出される。

【００５２】電子通過開口部４が様々な形状を有し得る
ことは、第１の実施形態に関連して説明した通りであ
る。

【００５３】柱状物体２について、投影形状で幅Ｄと高
さＬとの関係が、Ｄ≦Ｌとなるようにしていること、並びに、電子引き出し電極
３を柱状物体２の先端から、Ｚ≦０．２５Ｌなる関係の距離Ｚを隔てて配設するようにしていること
により、柱状物体２の先端へ電界が集中しやすくなる点
は、第１の実施形態で説明した通りである。

【００５４】更に、本実施形態の構成では、複数本の柱
状物体２が、隣接するものの間でのピッチＰが、Ｐ≧０．５Ｌとなるように導電層１に固着されているので、隣り合っ
た柱状物体２の間での相互干渉の問題を発生させること
なく、各々の柱状物体２に電界を有効に集中させること
が可能となる。その結果、取り出される電子ｅの量は複
数の柱状物体２からの合計となり、その結果として、柱
状物体２が１本の場合と比較して得られる電流量が増加
する。

【００５５】以上より、電子引き出し電極３への印加電
圧が低くても柱状物体２の先端への電界集中が効果的に
行われ、その結果として、大電流の取り出しが可能とな
る。

【００５６】以上の構成において、柱状物体２の先端の
曲率半径ｒが、その幅Ｄに対して、ｒ≦０．３Ｄなる関係を有すると、柱状物体２の先端での局部的な電
界集中が更に高まり、本発明の効果を更に増大させる。

【００５７】また、柱状物体２から取り出した電子ｅを
有効に蛍光面（不図示）に到達させるためには、複数の
柱状物体２が固着されている領域（固着領域）の幅Ｓに
対して、電子引き出し電極３の電子通過開口部４の断面
径（開口部４がスリット状である場合にはその幅）ｄ
が、ｄ≧Ｓ＋２Ｚなる関係を有すると、更に効果的である。

【００５８】柱状物体２の先端への電界集中を更に効果
的に行わせるために、柱状物体２が針状形状であると更
に良い。また、柱状物体２を、カーボン系材料、特にグ
ラファイトを主成分とし且つその六炭素環のσ結合に切
れた部分を有する材料で構成すれば、同じ電界集中が作
用した場合に、より多くの電子放出量が得られて、大電
流量が得られる。このような材料としては、具体的に
は、例えばウィスカー、炭素繊維、或いはカーボンナノ
チューブなどが挙げられる。特に、カーボンナノチュー
ブは、ナノサイズのカーボンチューブが絡み合いながら
一方向に成長し針状形状を呈しており、巨視的針状形状
の中にさらに微視的針状形状が含まれていることから、
これを柱状物体２として用いることは、前述した電界集
中という観点からは非常に効果的である。

【００５９】柱状物体２は、例えば、何らかの固着剤を
使用して、導電層１に実質的に垂直に固着させればよ
い。固着剤として、具体的には、Ａｇペーストなどの導
電性ペーストが使用できるほか、蛍光体塗布などで多用
されて真空中での使用に際しての実績があるビークルを
使用することもできる。或いは、固着剤を使用する代わ
りに、その他の適切な方法を使用して、導電層１に実質
的に垂直に固定させてもよい。

【００６０】導電層１は、柱状物体２に電子を供給する
電極として作用するものであり、通常の金属をはじめと
する導電性の薄膜或いは厚膜から形成された電極、或い
は１層構造や多層構造の電極など、その具体的な構成に
関わらず、本発明の効果を得ることができる。

【００６１】次に、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、本
実施形態における電子放出素子の製造方法の一例を説明
する。

【００６２】まず、図４（ａ）に示すように、基板１１
であるガラス基板１１の上に、アルミニウム膜による導
電層１を形成する。

【００６３】次に、図４（ｂ）に示すように、導電層１
の上に、柱状物体２としてカーボンナノチューブを、固
着剤としてビークルを用いて、実質的に垂直方向に固着
する。この際の柱状物体２としてのカーボンナノチュー
ブは、例えば、投影形状で直径（幅）Ｄ＝約０．２ｍ
ｍ、長さ（高さ）Ｌ＝約２ｍｍのものを用いる。また、
各柱状物体（カーボンナノチューブ）２の先端は、曲率
半径ｒ＝約０．０４ｍｍのＲ形状を有している。また、
図示される例では、ピッチＰ＝約１ｍｍで計３本のカー
ボンナノチューブ（柱状物体）２を固着しており、これ
らが固着されている固着領域の幅Ｓは、Ｓ＝約２．２ｍ
ｍである。

【００６４】更に、図４（ｃ）に示すように、柱状物体
２の先端から距離Ｚ＝約０．５ｍｍを隔てて、あらかじ
め電子通過開口部４が形成されている電子引き出し電極
３を、柱状物体２と開口部４とが位置合わせされるよう
にして、配設する。なお、電子引き出し電極３の電子通
過開口部の断面径（断面形状における幅）ｄは、ｄ＝約
３．２ｍｍとする。

【００６５】これによって、本実施形態の電子放出素子
が製造される。

【００６６】以上の条件により構成寸法を決定すれば、
柱状物体２に対して有効に電界を集中させると同時に、
電子引き出し電極３により取り出した電子ｅを有効に蛍
光面（不図示せず）に到達させることが可能となる。特
に、本実施形態では、柱状物体２であるカーボンナノチ
ューブが複数本（図示される例では３本）存在している
ことから、第１の実施形態における柱状物体（カーボン
ナノチューブ）が１本である場合に比べて、同程度の電
流を得るための印加電圧を低くすることが可能となる。

【００６７】具体的には、柱状物体２から約１μＡのエ
ミッション電流を得るためには、電子引き出し電極３に
約６０Ｖという比較的低い電圧を印加すればよく、従来
技術に比べて動作電圧が非常に低電圧化される。

【００６８】また、上記のような各部の構成寸法の比率
を保つことにより、同じ電圧条件で同じ電流量を得るこ
とができることを確認した。

【００６９】例えば、柱状物体２としてのカーボンナノ
チューブとして、投影形状で直径（幅）Ｄ＝約０．１ｍ
ｍ、長さ（高さ）Ｌ＝約１ｍｍ、先端の曲率半径ｒ＝約
０．０２ｍｍのものを用いた場合においても、電子引き
出し電極３を柱状物体２の先端から距離Ｚ＝約０．２５
ｍｍだけ隔てて配設し、電子通過開口部４の断面径（断
面形状における幅）をｄ＝約１．６ｍｍ（このｄの値
は、固着領域の幅Ｓに関してｄ≧Ｓ＋２Ｚという関係式
を満たす）とすることにより、同じ印加電圧で同じ電子
放出量が得られることを確認した。

【００７０】（第３の実施形態）図５に、本発明の第３
の実施形態として、電子放出源の概略断面図を示す。こ
の電子放出源は、本発明の第１の実施形態或いは第２の
実施形態として説明した電子放出素子を用いて構成され
ている。

【００７１】具体的には、基板１１の上に、所定の形状
にパターニングされた導電層１が形成されている。そし
て、これらの各導電層１の上に、本発明の第１の実施形
態或いは第２の実施形態に従って構成される電子放出素
子１１１が、それぞれ形成されている。なお、図５に図
示している例では、各電子放出素子１１１において電子
放出部を構成する柱状物体２が、第１の実施形態におけ
る構成のように１本づつになっているが、第２の実施形
態の電子放出素子のように複数本の電子放出部（柱状物
体）２が形成されていてもよいことは言うまでもない。

【００７２】導電層１は、複数個の電子放出素子１１１
の各々に電子放出のための電気信号を伝達する回路の一
部であり、所定のパターンに形成されており、この導電
層１に供給される信号に応じて、電子引き出し電極３に
印加された電圧の作用で各電子放出素子１１１から電子
が放出され、電子引き出し電極３の開口部４を通じて取
り出される。

【００７３】上記のような構成において、電子放出素子
１１１として、本発明の第１の実施形態或いは第２の実
施形態の電子放出素子を用いているため、低電圧で大電
流且つ時間的及び場所的に安定なエミッション電流の取
り出しが可能な電子放出源が、実現できる。

【００７４】図６（ａ）及び（ｂ）には、本実施形態の
電子放出源の製造方法の概略工程図を示す。

【００７５】具体的には、図６（ａ）に示すように、基
板（例えばガラス基板）１１の上に、所定の材料（例え
ばアルミニウム膜）からなる導電層１を、所定のパター
ンに形成する。導電層１の形成やパターニングのための
技術は、当該技術分野などで一般的に使用されるプロセ
スを使用することができて、ここではその説明は省略す
る。

【００７６】次に、導電層１の上に、本発明の第１或い
は第２の実施形態にて説明した製造方法によって、図６
（ｂ）に示すように本発明の電子放出素子１１１を形成
する。

【００７７】これによって、先に図５を参照してその構
成を説明した本実施形態の電子放出源が得られる。

【００７８】（第４の実施形態）図７に、本発明の第４
の実施形態として、画像表示装置の概略断面図を示す。
この画像表示装置は、本発明の第３の実施形態として説
明した電子放出源を用いて（すなわち、本発明の第１の
実施形態或いは第２の実施形態として説明した電子放出
素子を用いて）、構成されている。

【００７９】具体的には、本発明の第３の実施形態によ
る電子放出源１２１が、外囲器１２の一部を兼ねた基板
１２ａの上に形成されている。１３は画像形成部であ
り、電子放出源１２１からの電子に対して例えば加速・
偏向・変調等の駆動・制御を行う電子駆動電極１３ａ
と、外囲器１２の一部１２ｂの内面に塗布された蛍光体
１３ｂとからなり、駆動された電子により蛍光体１３ｂ
を発光させて画像を表示する。

【００８０】ここで、電子放出源１２１として本発明の
第３の実施形態による前述の電子放出源を用いているた
め、低電圧で安定且つ時間的・場所的に安定なエミッシ
ョン電流の取り出しが可能であり、従って、高品質な画
像表示装置が実現できる。

【００８１】図８（ａ）〜（ｄ）には、本実施形態の画
像表示装置の製造方法の概略工程図を示す。

【００８２】まず、図８（ａ）に示すように、外囲器１
２の一部を兼ねる基板１２ａに、本発明の第３の実施形
態にて説明した製造方法によって電子放出源１２１を形
成する。そして、画像形成部の一部である電子駆動電極
１３ａを配設し（図８（ｂ））、また、内面に蛍光体１
３ｂを塗布した外囲器の一部１２ｂを設置する（図８
（ｃ））。最後に、外囲器１２の内部を真空にして、図
７に示した本実施形態による画像表示装置を製造する
（図８（ｄ））。

【００８３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電子放
出部である柱状物体の形状や電子引き出し電極との間の
間隔、及び電子通過開口部の形状などの寸法関係を相対
的に規定することで、低電圧駆動で大電流放出を可能と
する電子放出素子が実現される。

【００８４】また、上記の電子放出素子を用いて電子放
出源を構成することにより、低電圧駆動で大電流を得る
ことが可能な電子放出源が実現可能となる。

【００８５】更に、上記の電子放出源を用いて画像表示
装置を構成することにより、低消費電力・高輝度を可能
とする画像表示装置が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明の第１の実施形態における電子放出素
子の概略断面図である。

【図１Ｂ】（ａ）〜（ｃ）は、様々な形状の電子通過開
口部４を通して柱状物体２を見た図を示す。

【図２】本発明の第２の実施形態における電子放出素子
の概略断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に
おける電子放出素子の製造工程を説明する概略断面図で
ある。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に
おける電子放出素子の製造工程を説明する概略断面図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施形態における電子放出源の
概略断面図である。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態
における電子放出源の製造工程を説明する概略断面図で
ある。

【図７】本発明の第４の実施形態における画像表示装置
の概略断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４の実施形態に
おける画像表示装置の製造工程を説明する概略断面図で
ある。

【図９】従来のある電子放出素子の断面図である。

【符号の説明】

１導電層２柱状物体（電子放出部）３電子引き出し電極４電子通過開口部１１基板１２外囲器１３画像形成部１３ａ電子駆動電極１３ｂ蛍光体１１１電子放出素子１２１電子放出源

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年１月１２日（１９９９．１．１
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施形態の説明
に先立って、まず、本願発明者らが本願発明に至る過程
で行った検討結果について、以下に説明する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電層と、該導電層に固着された、高さＬ及び幅Ｄの投影形状を有
し、電子放出部として機能する柱状物体と、該柱状物体の先端から距離Ｚを隔てて配設された電子引
き出し電極と、を、少なくとも備える電子放出素子であ
って、該Ｚ、Ｌ、及びＤの値がＺ≦０．２５Ｌ、及びＤ≦Ｌなる関係を満たす、電子放出素子。
【請求項２】導電層と、該導電層の所定の固着領域に
ピッチＰで固着された、各々が高さＬ及び幅Ｄの投影形
状を有し、電子放出部として機能する複数の柱状物体
と、該柱状物体先端から距離Ｚを隔てて配設された電子
引き出し電極と、を、少なくとも備える電子放出素子で
あって、該Ｐ、Ｚ、Ｌ、及びＤの値がＺ≦０．２５ＬＤ≦Ｌ、及びＰ≧０．５Ｌなる関係を満たす、電子放出素子。
【請求項３】前記柱状物体の先端部の曲率半径ｒが、ｒ≦０．３Ｄなる関係を満たす、請求項１或いは２に記載の電子放出
素子。
【請求項４】前記電子引き出し電極が電子通過開口部
を有し、該電子通過開口部の断面径ｄが、ｄ≧Ｄ＋２Ｚなる関係を満たす、請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項５】前記電子引き出し電極が電子通過開口部
を有し、該電子通過開口部の断面径ｄが、前記固着領域
の幅Ｓに対して、ｄ≧Ｓ＋２Ｚなる関係を満たす、請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項６】前記柱状物体が針状形状を有する、請求
項１或いは２に記載の電子放出素子。
【請求項７】前記柱状物体がカーボン系材料からな
る、請求項１或いは２に記載の電子放出素子。
【請求項８】前記柱状物体が、グラファイトを主成分
とし且つその六炭素環のσ結合の切れた部分を有する材
料から構成されている、請求項１或いは２に記載の電子
放出素子。
【請求項９】前記柱状物体がウィスカーである、請求
項１或いは２に記載の電子放出素子。
【請求項１０】前記柱状物体が炭素繊維である、請求
項１或いは２に記載の電子放出素子。
【請求項１１】前記柱状物体がカーボンナノチューブ
である、請求項１或いは２に記載の電子放出素子。
【請求項１２】導電層を基板上に形成する工程と、該
導電層に、高さＬ及び幅Ｄの投影形状を有し且つＤ≦Ｌ
なる関係を満たし、電子放出部として機能する柱状物体
を固着する工程と、該柱状物体の先端からＺ≦０．２５
Ｌなる関係を満たす距離Ｚを隔てて電子引き出し電極を
配設する工程と、を、包含する電子放出素子の製造方
法。
【請求項１３】導電層を基板上に形成する工程と、該
導電層の所定の固着領域に、各々が高さＬ及び幅Ｄの投
影形状を有し且つＤ≦Ｌなる関係を満たして、電子放出
部として機能する複数の柱状物体を、Ｐ≧０．５Ｌなる
関係を満たすピッチＰにて固着する工程と、該柱状物体
の先端からＺ≦０．２５Ｌなる関係を満たす距離Ｚを隔
てて電子引き出し電極を配設する工程と、を、包含する
電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】複数の電子放出素子と、該複数の電子放出素子の各々に電子放出のための電気信
号を伝達する回路構成と、を少なくとも備える電子放出
源であって、該複数の電子放出素子の各々が、請求項１或いは２に記
載された電子放出素子である、電子放出源。
【請求項１５】複数の電子放出素子を形成する工程
と、該複数の電子放出素子の各々に電子放出のための電気信
号を伝達する回路構成を形成する工程と、を包含する電
子放出源の製造方法であって、該複数の電子放出素子の各々を、請求項１２或いは１３
に記載された方法によって形成する、電子放出源の製造
方法。
【請求項１６】電子放出源と、該電子放出源から放出された電子により画像を形成する
画像形成部と、を少なくとも備える画像表示装置であっ
て、該電子放出源が、請求項１４に記載された電子放出源で
ある、画像表示装置。
【請求項１７】電子放出源を形成して所定の箇所に配
設する工程と、該電子放出源から放出された電子により画像を形成する
画像形成部を、該電子放出源に対して所定の位置関係で
配設する工程と、を包含する画像表示装置の製造方法で
あって、該電子放出源を、請求項１５に記載された方法によって
形成する、画像表示装置の製造方法。