JP2000331596A

JP2000331596A - 冷陰極電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置

Info

Publication number: JP2000331596A
Application number: JP13752099A
Authority: JP
Inventors: Jiro Yamada; 二郎山田; Masami Okita; 昌海沖田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】一層高い電子放出効率を達成することができ、
しかも、一層優れたフォーカス特性を有する冷陰極電界
電子放出素子を提供する。【解決手段】冷陰極電界電子放出素子は、（イ）支持体
１１上に形成された第１ゲート電極１２、（ロ）第１ゲ
ート電極１２上を含む支持体１１上に形成された第１絶
縁層１３、（ハ）第１絶縁層１３上に形成された電子放
出層１４、（ニ）電子放出層１４上を含む第１絶縁層１
３上に形成された第２絶縁層１５、（ホ）第２絶縁層１
５上に形成された第２ゲート電極１６、並びに、（へ）
第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第１絶縁
層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出した開
口部１７から成り、開口部１７の壁面から突出した電子
放出層１４の端部から電子が放出され、第１絶縁層１３
の厚さをＤ₁、第２絶縁層１５の厚さをＤ₂としたとき、
Ｄ₁＜Ｄ₂なる関係を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極電界電子放
出素子、及び、かかる冷陰極電界電子放出素子が組み込
まれた冷陰極電界電子放出表示装置に関する。

【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、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）を例示することができる。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、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、電子
放出部から電子を放出させるためのゲート電極が形成さ
れている。かかる電子放出部とゲート電極とから構成さ
れた素子を、冷陰極電界電子放出素子、あるいは、電界
放出素子と称することにする。

【０００４】電界放出素子は、一般に、スピント型とエ
ッジ型に分類することができる。

【０００５】スピント型電界放出素子を適用した表示装
置の概念図を図１９に示す。かかる表示装置を構成する
カソード・パネルは、支持体１００に形成されたカソー
ド電極１０１と、絶縁層１０２と、絶縁層１０２上に形
成されたゲート電極１０３と、ゲート電極１０３及び絶
縁層１０２を貫通して設けられた開口部１０４内に形成
された円錐形の電子放出部１０５から構成されている。
電子放出部１０５が所定数、２次元マトリクス状に配列
されて１画素が形成される。一方、アノード・パネル
は、透明基板１１０上に所定のパターンにより蛍光体層
１１１が形成され、蛍光体層１１１がアノード電極１１
２で覆われた構造を有する。

【０００６】電子放出部１０５とゲート電極１０３との
間に電圧を印加すると、その結果生じた電界によって電
子放出部１０５の先端から電子が放出される。そして、
電子は、アノード・パネルに設けられたアノード電極１
１２に引き付けられ、アノード電極１１２と透明基板１
１０との間に形成された発光体層である蛍光体層１１１
に衝突する。その結果、蛍光体層１１１が励起されて発
光し、所望の画像を得ることができる。電界放出素子の
動作は、基本的に、ゲート電極１０３に印加される電圧
によって制御される。

【０００７】図１９に示した表示装置におけるスピント
型電界放出素子の製造方法の概要を、以下、図２０及び
図２１を参照しながら説明する。この製造方法は、基本
的には、円錐形の電子放出部１０５を金属材料の垂直蒸
着により形成する方法である。即ち、開口部１０４に対
して蒸着粒子は垂直に入射するが、開口端付近に形成さ
れる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１０４の底部に到達する蒸着粒子の量を漸減
させ、円錐形の堆積物である電子放出部１０５を自己整
合的に形成する。ここでは、不要なオーバーハング状の
堆積物の除去を容易とするために、ゲート電極１０３上
に剥離層１０６を予め形成しておく方法について説明す
る。

【０００８】［工程−１０］先ず、例えばガラス基板か
ら成る支持体１００の上に、例えばニオブ（Ｎｂ）から
成るカソード電極１０１を形成した後、全面にＳｉＯ₂
から成る絶縁層１０２、導電材料から成るゲート電極１
０３を順次製膜し、次に、ゲート電極１０３と絶縁層１
０２をパターニングすることにより開口部１０４を形成
する（図２０の（Ａ）参照）。

【０００９】［工程−２０］次に、図２０の（Ｂ）に示
すように、ゲート電極１０３上にアルミニウムを斜め蒸
着することにより、剥離層１０６を形成する。このと
き、支持体１００の法線に対する蒸着粒子の入射角を十
分に大きく選択することにより、開口部１０４の底部に
アルミニウムを殆ど堆積させることなく、ゲート電極１
０３の上に剥離層１０６を形成することができる。剥離
層１０６は、開口部１０４の開口端から庇状に張り出し
ており、これによって開口部１０４が実質的に縮径され
る。

【００１０】［工程−３０］次に、全面に例えば導電材
料としてモリブデン（Ｍｏ）を垂直蒸着する。このと
き、図２１の（Ａ）に示すように、剥離層１０６上でオ
ーバーハング形状を有する導電材料層１０５Ａが成長す
るに伴い、開口部１０４の実質的な直径が次第に縮小さ
れるので、開口部１０４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１０４の中央付近を通過する
ものに限られるようになる。その結果、開口部１０４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
物が電子放出部１０５となる。

【００１１】［工程−４０］その後、図２１の（Ｂ）に
示すように、電気化学的プロセス及び湿式プロセスによ
って剥離層１０６をゲート電極１０３の表面から剥離
し、ゲート電極１０３の上方の導電材料層１０５Ａを選
択的に除去する。

【００１２】ところで、図２１の（Ｂ）に示した構造を
有する電界放出素子の電子放出特性は、開口部１０４の
上端部を成すゲート電極１０３の縁部１０３Ａから電子
放出部１０５の先端部までの距離に大きく依存する。そ
して、この距離は、開口部１０４の形状の加工精度や直
径の寸法精度、［工程−３０］において製膜される導電
材料層１０５Ａの膜厚精度やカバレージ（段差被覆
性）、更にはその下地となる剥離層１０６の形状精度に
大きく依存する。

【００１３】従って、均一な特性を有する複数の電界放
出素子から構成された表示装置を製造するためには、被
製膜体の全面に亙って導電材料層１０５Ａを均一に製膜
しなければならない。しかしながら、通常の蒸着装置で
は１地点に設置された蒸発源からある程度の広がり角を
もって導電材料粒子が放出されるため、被製膜体の中央
部近傍と周辺部とでは、層厚もカバレージの対称性も異
なってしまう。そのため、電子放出部１０５の高さがば
らついたり、電子放出部１０５の頂点の位置が開口部１
０４の中心からずれ易く、円錐状の電子放出部１０５の
先端部からゲート電極１０３までの距離のばらつきを抑
えることが難しい。しかも、この距離のばらつきは、同
一の製造ロット内は勿論、製造ロット間でも発生し、表
示装置の画像表示特性、例えば画像の輝度ムラを発生さ
せる原因となる。更に、導電材料層１０５Ａは通常、約
１μｍあるいはそれ以上の厚さに製膜する必要があるた
め、蒸着法では数十時間単位の製膜時間を要し、スルー
プットの改善が困難であること、大型の蒸着装置が必要
となること等の問題もある。

【００１４】また、剥離層１０６を斜め蒸着法にて大面
積の被製膜体全面に亙って均一に製膜することも極めて
困難である。ゲート電極１０３に設けられた開口部１０
４の縁部から剥離層１０６が庇状に延びるように剥離層
１０６を高精度で堆積させることも極めて困難である。
しかも、剥離層１０６の製膜は、支持体面内でばらつく
だけでなく、ロット間でのばらつきも生じ易い。更に
は、大面積の表示装置を製造するために大面積の支持体
（例えば、ガラス基板）全体に亙って剥離層１０６の剥
離を行うことは極めて困難であるばかりか、剥離層１０
６の剥離は汚染の原因となり、表示装置の製造歩留まり
の低下を招く。

【００１５】加えて、円錐状の電子放出部１０５の高さ
は主に導電材料層１０５Ａの膜厚によって規定されるた
め、電子放出部１０５の設計上の自由度が低い。それば
かりか、電子放出部１０５の高さを任意に設定すること
が困難であるが故に、電子放出部１０５からゲート電極
１０３までの距離を短くする場合、絶縁層１０２の膜厚
を薄くせざるを得ない。然るに、絶縁層１０２の膜厚を
薄くすると、配線間（ゲート電極１０３とカソード電極
１０１との間）の静電容量を小さくすることができず、
表示装置の電気回路の負担が増えるばかりか、表示装置
の面内の均一性及び画質が劣化するといった問題があ
る。

【００１６】一方、スピント型電界放出素子のこれらの
欠点を解消し得る電界放出素子として、所謂エッジ型電
界放出素子が知られている。このエッジ型電界放出素子
においては、スピント型電界放出素子における円錐形の
電子放出部の代わりに、支持体に平行な面内に形成され
た電子放出層を絶縁層を介してゲート電極と積層し、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
電子放出層の端部（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ものである。

【００１７】例えば米国特許第５２１４３１７号に開示
されたエッジ型電界放出素子は、図２２に模式的な一部
端面図を示すように、導電層２０１と、絶縁層２０２
と、第１ゲート電極２０３と、第１絶縁層２０４と、電
子放出層２０５と、第２絶縁層２０６と、第２ゲート電
極２０７とが、この順に支持体２００上に積層されて成
る。そして、第２ゲート電極２０７から絶縁層２０２を
貫通する開口部２０８が設けられており、一対のゲート
電極２０３，２０７と電子放出層２０５との間に発生す
る電界により、開口部２０８の壁面から突出した電子放
出層２０５の端部から電子が放出される。そして、電子
は、アノード・パネルに設けられたアノード電極に引き
付けられ、アノード電極と透明基板との間に形成された
発光体層である蛍光体層に衝突する。その結果、蛍光体
層が励起されて発光し、所望の画像を得ることができ
る。電界放出素子の動作は、基本的に第１ゲート電極２
０３及び第２ゲート電極２０７に印加される電圧によっ
て制御される。尚、開口部２０８の底部に露出している
導電層２０１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。また、第１
絶縁層２０４の厚さと第２絶縁層２０６の厚さは同じで
ある。

【００１８】米国特許第５２１４３１７号に開示された
エッジ型電界放出素子では、電子を放出する電子放出部
である電子放出層２０５を略平板状（層状）に形成すれ
ばよく、上述したスピント型電界放出素子のように電子
放出部１０５を３次元的に先鋭化させる必要がないた
め、スピント型電界放出素子と比較して容易に製造する
ことができる。

【００１９】また、かかるエッジ型電界放出素子では、
ゲート電極２０３，２０７の縁部から電子放出層２０５
の端部までの距離は絶縁層２０４，２０６の厚さでほぼ
決定することができるため、この距離の制御はスピント
型電界放出素子に比べて遥かに容易であり、この意味に
おいて、スピント型電界放出素子の欠点はかなり解消さ
れている。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。しかしながら、電子
放出部の形状が、スピント型電界放出素子におけるよう
な先鋭な「点」ではなく「線」である上、かかる電子放
出部の形状に付随してゲート電極２０３，２０７がスピ
ント型電界放出素子の場合よりも大きく開口しているた
め、開口部２０８の内部における電界の閉じ込め効果が
弱くなり、電子放出層２０５の端部近傍において電界集
中が生じ難い。換言すれば、エッジ型電界放出素子はス
ピント型電界放出素子と比較して電子放出効率が低く、
スピント型電界放出素子と同等の放出電子電流を得るた
めには一層高いゲート印加電圧が要されるので、駆動電
圧の低減、ひいては消費電力の低減が困難である。

【００２０】かかる米国特許第５２１４３１７号に開示
された電界放出素子の問題点を解決するためのエッジ型
電界放出素子として、図２３に模式的な一部端面図を示
すエッジ型電界放出素子が考えられる。このエッジ型電
界放出素子においては、支持体２００上に第１ゲート電
極２０３が形成されており、第２ゲート電極２０７、第
２絶縁層２０６、電子放出層２０５及び第１絶縁層２０
４を貫通し、底部に第１ゲート電極２０３の表面が露出
した開口部２０８Ａが設けられている。

【００２１】このような構造を有するエッジ型電界放出
素子において、第１ゲート電極２０３及び第２ゲート電
極２０７に印加する電圧を適切な電圧とすることによっ
て、電子放出層２０５の端部から放出された電子の大部
分が第１ゲート電極２０３に入射し、そこで生成する反
射電子及び／又は２次電子が対向するアノード電極との
間の電界によって加速されて蛍光体層に衝突する。それ
故、図２３に示したエッジ型電界放出素子は、図２２に
示したエッジ型電界放出素子よりも、高い電子放出効率
を達成することができる。また、第１ゲート電極２０３
で反射した電子は、アノード電極の方向に向かうため、
更には、第１ゲート電極２０３で生成する２次電子は初
期運動エネルギーが小さいため、優れたフォーカス特性
を有するという利点がある。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第５２１４３
１７号に開示された電界放出素子においては、第１ゲー
ト電極２０３及び第２ゲート電極２０７にどのようにし
て電圧を印加するか、具体的には開示されていない。ま
た、電子放出層２０５の端部から放出された電子が、直
接、アノード・パネルに設けられたアノード電極に引き
付けられるので、フォーカス特性が良くないといった問
題がある。

【００２３】また、図２３に示したエッジ型電界放出素
子においては、通常、第２ゲート電極２０７に定電圧Ｖ
₂（例えば、３０ボルト）を印加し、第１ゲート電極２
０３にパルス状の駆動電圧Ｖ₁（例えば、５０〜８０ボ
ルト）を印加する。ところが、駆動電圧Ｖ₁の値が変化
したとき、駆動電圧Ｖ₁と定電圧Ｖ₂の比Ｖ₁／Ｖ₂も変化
してしまう。その結果、電子放出層２０５の端部近傍に
おける電界分布が変化し、電子放出層２０５からの電子
の出射方向が変わり、第１ゲート電極２０３に入射する
電子の位置に変化が生じる。Ｖ₁／Ｖ₂の値が高い場合、
電子放出層２０５の端部に近い第１ゲート電極２０３の
領域に電子が入射し、生成した２次電子が再び第１ゲー
ト電極２０３に引き戻される結果、アノード電極に到達
する電子が減少してしまう。一方、Ｖ₁／Ｖ₂の値が低い
場合、電子放出層２０５の先端部から放出される電子の
向きがアノード電極側に向く結果、第１ゲート電極２０
３に入射する電子が減少してしまう。更に、電子放出層
２０５の端部から放出される電子の向きがアノード電極
側に向きすぎると、電子は直接アノード電極に達してし
まい、フォーカス特性が著しく悪化する。このように、
図２３に示したエッジ型電界放出素子においては、駆動
電圧Ｖ₁の変動によって、アノード電流が減少したり、
フォーカス特性が変化してしまうという問題点がある。

【００２４】従って、本発明の目的は、一層高い電子放
出効率を達成することができ、しかも、一層優れたフォ
ーカス特性を有する、電子放出層の上下に一対のゲート
電極を配した構成を有する所謂エッジ型の冷陰極電界電
子放出素子、並びに、かかる冷陰極電界電子放出素子が
組み込まれた冷陰極電界電子放出表示装置を提供するこ
とにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放出素子
は、（イ）支持体上に形成された第１ゲート電極、
（ロ）第１ゲート電極上を含む支持体上に形成された第
１絶縁層、（ハ）第１絶縁層上に形成された電子放出
層、（ニ）電子放出層上を含む第１絶縁層上に形成され
た第２絶縁層、（ホ）第２絶縁層上に形成された第２ゲ
ート電極、並びに、（へ）第２ゲート電極、第２絶縁
層、電子放出層及び第１絶縁層を貫通し、底部に第１ゲ
ート電極の表面が露出した開口部、から成り、開口部の
壁面から突出した電子放出層の端部から電子が放出され
る冷陰極電界電子放出素子であって、第１絶縁層の厚さ
をＤ₁、第２絶縁層の厚さをＤ₂としたとき、Ｄ₁＜Ｄ₂、
好ましくは、１．１Ｄ₁≦Ｄ₂≦３．０Ｄ₁なる関係を満
足することを特徴とする。尚、本明細書において、第１
絶縁層の厚さＤ₁とは、開口部近傍の第１ゲート電極の
上面と電子放出層の下面との間に位置する第１絶縁層の
部分の厚さを意味し、第２絶縁層の厚さＤ₂とは、開口
部近傍の電子放出層の上面と第２ゲート電極の下面との
間に位置する第２絶縁層の部分の厚さを意味する。

【００２６】本明細書中における「突出」とは、開口部
によって形成される空間へ向かう方向、「後退」とは、
開口部によって形成される空間から離れる方向を表す用
語として、それぞれ使用する。

【００２７】本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子
放出素子（以下、本発明の第１の態様に係る電界放出素
子と呼ぶ）においては、第１ゲート電極と第２ゲート電
極とは電気的に接続されていることが望ましい。第１ゲ
ート電極と第２ゲート電極とは、第１絶縁層及び第２絶
縁層に設けられた接続孔を介して電気的に接続されてい
てもよいし、あるいは又、外部において電気的に接続さ
れていてもよい。尚、第１絶縁層及び第２絶縁層に設け
られた接続孔を介して第１ゲート電極と第２ゲート電極
を電気的に接続する場合、電界放出素子毎に接続孔を介
して電気的に接続してもよいし、複数個の電界放出素子
の第１ゲート電極を、第１ゲート電極の延在部によって
相互に電気的に接続し、一方、複数個の電界放出素子の
第２ゲート電極を、第２ゲート電極の延在部によって相
互に電気的に接続し、かかる構成の第１ゲート電極の延
在部と第２ゲート電極の延在部とを接続孔を介して電気
的に接続してもよい。

【００２８】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係る冷陰極電界電子放出素子は、（イ）支持体
上に形成された第１ゲート電極、（ロ）第１ゲート電極
上を含む支持体上に形成された第１絶縁層、（ハ）第１
絶縁層上に形成された電子放出層、（ニ）電子放出層上
を含む第１絶縁層上に形成された第２絶縁層、（ホ）第
２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並びに、
（ヘ）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第
１絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出
した開口部、から成り、開口部の壁面から突出した電子
放出層の端部から電子が放出される冷陰極電界電子放出
素子であって、第１ゲート電極と第２ゲート電極とは、
第１絶縁層及び第２絶縁層に設けられた接続孔を介して
電気的に接続されていることを特徴とする。

【００２９】本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子
放出素子（以下、本発明の第２の態様に係る電界放出素
子と呼ぶ）においては、第１絶縁層及び第２絶縁層に設
けられた接続孔を介して第１ゲート電極と第２ゲート電
極を電気的に接続するが、電界放出素子毎に接続孔を介
して電気的に接続してもよいし、複数個の電界放出素子
の第１ゲート電極を、第１ゲート電極の延在部によって
相互に電気的に接続し、一方、複数個の電界放出素子の
第２ゲート電極を、第２ゲート電極の延在部によって相
互に電気的に接続し、かかる構成の第１ゲート電極の延
在部と第２ゲート電極の延在部とを接続孔を介して電気
的に接続してもよい。

【００３０】本発明の第２の態様に係る電界放出素子に
おいては、第１絶縁層の厚さをＤ₁、第２絶縁層の厚さ
をＤ₂としたとき、Ｄ₁＜Ｄ₂、好ましくは、１．１Ｄ₁≦
Ｄ₂≦３．０Ｄ₁なる関係を満足することが望ましい。

【００３１】本発明の第１の態様若しくは第２の態様に
係る電界放出素子において、開口部の壁面から突出した
電子放出層の端部の厚さは、先端に向かって減少してい
ることが望ましい。この場合、開口部の壁面から突出し
た電子放出層の端部の厚さは、開口部の上端側から下端
側に向かって減少していることが望ましい。このような
形状の電子放出層の端部は、第２絶縁層に形成された開
口部の底部に露出した電子放出層をエッチングすると
き、イオンのように電子放出層に対する入射角をほぼ垂
直に制御できるエッチング種を主体とする条件下でエッ
チングを行うことによって得ることができる。これは、
プラズマ中の主エッチング種の中に垂直以外の角度を有
する入射成分が元々若干存在すること、及び、第２絶縁
層に形成された開口部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、電子放出層の露出
面の中で、本来ならば、かかる開口部によって遮蔽され
るはずの領域にもある程度の確率で主エッチング種が入
射するからである。但し、電子放出層の法線に対する入
射角の小さい主エッチング種ほど入射確率が高く、入射
角の大きい主エッチング種ほど入射確率は低くなるの
で、結果的に厚さが先端に向けて減少した電子放出層が
得られる。

【００３２】本発明の第１の態様若しくは第２の態様に
係る電界放出素子においては、（ト）第２ゲート電極上
を含む第２絶縁層上に形成された第３絶縁層、並びに、
（チ）第３絶縁層上に形成されたフォーカス電極を更に
備え、第３絶縁層には前記開口部に連通する第２開口部
が設けられている構成とすることもできる。この場合、
フォーカス電極と電子放出層とは電気的に接続されてい
ることが好ましく、更には、フォーカス電極と電子放出
層とは、第３絶縁層及び第２絶縁層に設けられた第２接
続孔を介して電気的に接続されている構成とすることが
好ましい。

【００３３】フォーカス電極は、本発明の電界放出素子
が冷陰極電界電子放出表示装置に組み込まれた場合に、
アノード電極へ向かう電子の軌道を収束させ、以て、輝
度の向上や隣接画素間の色濁りの防止を可能とするため
の電極であり、カソード・パネルとアノード・パネルと
の間の距離が比較的長い表示装置を想定した場合に、特
に有効な電極である。フォーカス電極は、必ずしも各電
界放出素子毎に設ける必要はなく、例えば、電界放出素
子の所定の配列方向に沿って配設することにより、複数
の電界放出素子に共通の収束効果を及ぼすこともでき
る。従って、第３絶縁層に設けられる第２開口部は、必
ずしもフォーカス電極を構成する材料層に設けられてい
る必要はない。また、フォーカス電極の電位は電子放出
層の電位と近似あるいは同一であるため、フォーカス電
極の開口端部が開口部や第２開口部の内部に向けて突出
していると、フォーカス電極から第１ゲート電極や第２
ゲート電極へ向かって電子放出が生ずる虞れがある。従
って、フォーカス電極は第２開口部内へ突出しないよう
に設けられていることが特に望ましい。尚、第２ゲート
電極の先端部を第３絶縁層から突出させることが、電界
強度を高める観点から特に好ましい。第２開口部の平面
形状は、フォーカス電極の構成に依り、開口部の平面形
状と合同又は相似としてもよいし、異なっていてもよ
い。

【００３４】本発明の第１の態様に係る電界放出素子
と、これに対向して基板上に設けられたアノード電極並
びに蛍光体層で１画素を構成し、更に、この画素を複数
集合させると、本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電
子放出表示装置を構成することができる。即ち、上記の
目的を達成するための本発明の第１の態様に係る冷陰極
電界電子放出表示装置は、複数の画素から構成され、各
画素は、冷陰極電界電子放出素子と、冷陰極電界電子放
出素子に対向して基板上に設けられたアノード電極及び
蛍光体層から構成された冷陰極電界電子放出表示装置で
あって、各冷陰極電界電子放出素子は、（イ）支持体上
に形成された第１ゲート電極、（ロ）第１ゲート電極上
を含む支持体上に形成された第１絶縁層、（ハ）第１絶
縁層上に形成された電子放出層、（ニ）電子放出層上を
含む第１絶縁層上に形成された第２絶縁層、（ホ）第２
絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並びに、（ヘ）
第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第１絶縁
層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出した開
口部、から成り、開口部の壁面から突出した電子放出層
の端部から電子が放出され、第１絶縁層の厚さをＤ₁、
第２絶縁層の厚さをＤ₂としたとき、Ｄ₁＜Ｄ₂、好まし
くは、１．１Ｄ₁≦Ｄ₂≦３．０Ｄ₁なる関係を満足する
ことを特徴とする。

【００３５】本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子
放出表示装置（以下、本発明の第１の態様に係る表示装
置と呼ぶ）における冷陰極電界電子放出素子としては、
上述の本発明の第１の態様に係る電界放出素子の各種の
形態の全てを含み得る。

【００３６】本発明の第２の態様に係る電界放出素子
と、これに対向して基板上に設けられたアノード電極並
びに蛍光体層で１画素を構成し、更に、この画素を複数
集合させると、本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電
子放出表示装置を構成することができる。即ち、上記の
目的を達成するための本発明の第２の態様に係る冷陰極
電界電子放出表示装置は、複数の画素から構成され、各
画素は、冷陰極電界電子放出素子と、冷陰極電界電子放
出素子に対向して基板上に設けられたアノード電極及び
蛍光体層から構成された冷陰極電界電子放出表示装置で
あって、各冷陰極電界電子放出素子は、（イ）支持体上
に形成された第１ゲート電極、（ロ）第１ゲート電極上
を含む支持体上に形成された第１絶縁層、（ハ）第１絶
縁層上に形成された電子放出層、（ニ）電子放出層上を
含む第１絶縁層上に形成された第２絶縁層、並びに、
（ホ）第２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、
（ヘ）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第
１絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出
した開口部、から成り、開口部の壁面から突出した電子
放出層の端部から電子が放出され、第１ゲート電極と第
２ゲート電極とは、第１絶縁層及び第２絶縁層に設けら
れた接続孔を介して電気的に接続されていることを特徴
とする。

【００３７】本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子
放出表示装置（以下、本発明の第２の態様に係る表示装
置と呼ぶ）における冷陰極電界電子放出素子としては、
上述の本発明の第２の態様に係る電界放出素子の各種の
形態の全てを含み得る。

【００３８】本発明の第１の態様若しくは第２の態様に
係る冷陰極電界電子放出表示装置においては、１つの電
界放出素子によって１画素を構成してもよいし、複数の
電界放出素子によって１画素を構成してもよい。

【００３９】本発明においては、従来のスピント型電界
放出素子のように開口部の平面形状を円形としてもよい
が、開口部の壁面に沿って電子放出層（即ち、開口部の
壁面から突出した電子放出層の端部）を配置できるエッ
ジ型電界放出素子の構造上、開口部の平面形状を、円形
以外にも、楕円、ｎ角形（但し、ｎは３以上の整数）
等、如何なる形状とすることもできる。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。一例として、開口部の形状を縦横比の大きい矩
形あるいは溝形とし、矩形の長手方向に沿って、開口部
の壁面から端部が突出した電子放出層を配置することが
できる。

【００４０】尚、開口部の壁面から電子放出層の端部を
突出させるためには、開口部を形成した後、第１絶縁層
及び第２絶縁層を等方的にエッチングすればよい。ある
いは又、第２絶縁層を貫通する開口部を形成した後、第
２絶縁層を等方的にエッチングし、第１絶縁層を貫通す
る開口部を形成した後、第１絶縁層を等方的にエッチン
グすればよい。こうして、電子放出層の端部が第１絶縁
層の開口部形成面及び第２絶縁層の開口部形成面から突
出することになり、第１ゲート電極及び第２ゲート電極
によって開口部内に形成される電界を電子放出層の端部
に集中させて効率良く電子放出を行わせることが可能と
なる。等方的なエッチングは、典型的には、ウェットエ
ッチング、あるいはラジカルが主エッチング種となるド
ライエッチング条件下で行うことができる。このときの
電子放出層端部の長さ、即ち、第１絶縁層及び第２絶縁
層の開口部形成面の後退量は、エッチング時間の長短に
より制御することができる。

【００４１】本発明においては、第１ゲート電極及び第
２ゲート電極、あるいはフォーカス電極を構成する材料
として、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタ
ル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ア
ルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属、これらの金
属元素を含む合金層、あるいはシリコン（Ｓｉ）等の半
導体を例示することができる。尚、第これらの電極を構
成する材料を、同一の材料としてもよいし、同種材料と
してもよいし、異種の材料としてもよい。これらの電極
の形成方法として、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イ
オン・プレーティング法、印刷法、メッキ法等、通常の
薄膜作製プロセスを利用できる。

【００４２】電子放出層は、典型的には、タングステン
（Ｗ）やタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、あるいはこれらの化合物
（例えばＴｉＮ等の窒化物や、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂、Ｔ
ｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等のシリサイド）、あるいはダイヤ
モンド等の半導体から構成することができる。電子放出
層の形成方法として、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、
イオン・プレーティング法、印刷法、メッキ法等、通常
の薄膜作製プロセスを利用できる。電子放出層の厚さ
は、おおよそ０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１
〜０．３μｍの範囲とすることが望ましいが、かかる範
囲に限定するものではない。

【００４３】本発明においては、支持体あるいは基板
は、少なくとも表面が絶縁性を有する材料から構成され
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挙げるこ
とができる。冷陰極電界電子放出表示装置の構成に依存
して、基板には透明性を要求される場合がある。

【００４４】第１絶縁層、第２絶縁層あるいは第３絶縁
層の構成材料としては、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、
ガラス・ペースト硬化物を単独あるいは適宜積層して使
用することができる。絶縁層の製膜には、ＣＶＤ法、塗
布法、スパッタ法、印刷法等の公知のプロセスが利用で
きる。

【００４５】本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子
放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置において
は、第１絶縁層の厚さＤ₁と第２絶縁層の厚さＤ₂との間
にＤ ₁＜Ｄ₂なる関係があるので、電子放出層の端部から
放出された電子は確実に第１ゲート電極に向かう。その
結果、高い電子放出効率を達成することができ、しか
も、優れたフォーカス特性を冷陰極電界電子放出素子あ
るいは冷陰極電界電子放出表示装置に与えることができ
る。

【００４６】本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子
放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置において
は、第１絶縁層及び第２絶縁層に設けられた接続孔を介
して第１ゲート電極と第２ゲート電極とは電気的に接続
されているので、第１ゲート電極に印加される電圧Ｖ₁
と第２ゲート電極に印加される電圧Ｖ₂とが等しく、電
子放出層からの電子の出射方向が変わり、第１ゲート電
極に入射する電子の位置に変化が生じるといった問題の
発生を確実に回避することができる。その結果、アノー
ド電流が減少したり、フォーカス特性が変化してしまう
といったことがない。また、冷陰極電界電子放出素子あ
るいは冷陰極電界電子放出表示装置構造の簡素化を図る
ことができる。

【００４７】

【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。

【００４８】（実施の形態１）実施の形態１は、本発明
の第１の態様に係る電界放出素子及び表示装置に関す
る。図１に実施の形態１の表示装置の模式的な一部端面
図を示す。更に、電界放出素子の開口部の近傍のみを一
部破断した概略斜視図を図２に示し、図２の線Ａ−Ａに
沿った電界放出素子の模式的な一部端面図を図３に示
す。

【００４９】実施の形態１の電界放出素子は、ガラス基
板から成る支持体１１上に形成された第１ゲート電極１
２、第１ゲート電極１２上を含む支持体１１上に形成さ
れた第１絶縁層１３、第１絶縁層１３上に形成された電
子放出層１４、電子放出層１４上を含む第１絶縁層１３
上に形成された第２絶縁層１５、第２絶縁層１５上に形
成された第２ゲート電極１６、並びに、第２ゲート電極
１６、第２絶縁層１５、電子放出層１４及び第１絶縁層
１３を貫通し、底部に第１ゲート電極１２の表面が露出
した開口部１７から成り、開口部１７の壁面から突出し
た電子放出層１４の端部１４Ａから電子が放出される。
そして、第１絶縁層１３の厚さをＤ₁、第２絶縁層１６
の厚さをＤ₂としたとき、Ｄ₁＜Ｄ₂なる関係を満足す
る。

【００５０】電子放出層１４の端部１４Ａは電子放出部
として機能する部位であり、先鋭化されている。具体的
には、開口部１７の壁面から突出した電子放出層１４の
端部１４Ａの厚さは、先端に向かって、しかも、開口部
１７の上端側から下端側に向かって減少している。ま
た、第２ゲート電極１６の先端部は、第２絶縁層１５か
ら突出している。即ち、第１絶縁層１３に設けられた開
口部１７の上端部は電子放出層１４の端部１４Ａよりも
後退している。また、第２絶縁層１５に設けられた開口
部１７の下端部は電子放出層１４の端部１４Ａよりも後
退しており、第２絶縁層１５に設けられた開口部１７の
上端部は第２ゲート電極１６の先端部よりも後退してい
る。

【００５１】第１ゲート電極１２及び第２ゲート電極１
６は、図３の左右方向（表示装置の行方向）にストライ
プ状に延びており、隣接する電界放出素子の第１ゲート
電極１２及び第２ゲート電極１６と共通である。即ち、
複数個の電界放出素子の第１ゲート電極１２は、第１ゲ
ート電極１２の延在部によって相互に電気的に接続さ
れ、一方、複数個の電界放出素子の第２ゲート電極１６
は、第２ゲート電極の延在部によって相互に電気的に接
続されている。また、電子放出層１４は、図３の紙面垂
直方向（表示装置の列方向）にストライプ状に延びてお
り、隣接する電界放出素子の電子放出層１４と共通であ
る。即ち、複数個の電界放出素子の電子放出層１４は、
電子放出層１４の延在部によって相互に電気的に接続さ
れている。即ち、ストライプ状の第１ゲート電極１２及
び第２ゲート電極１６とは同じ方向に平行に延びてい
る。また、ストライプ状の第１ゲート電極１２及び第２
ゲート電極１６と、ストライプ状の電子放出層１４と
は、相互に直交する方向に延びている。尚、延在部を含
む第１ゲート電極１２、延在部を含む第２ゲート電極１
６、延在部を含む電子放出層１４を指す場合には、スト
ライプ状の第１ゲート電極１２、ストライプ状の第２ゲ
ート電極１６、ストライプ状の電子放出層１４と呼ぶ。

【００５２】実施の形態１の表示装置は、図１に示すよ
うに、複数の画素から構成されている。各画素は、上述
の１つあるいは複数の電界放出素子と、電界放出素子に
対向配置して基板２１上に設けられたアノード電極２４
及び蛍光体層２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂから成る。アノー
ド電極２４はアルミニウムから成り、ガラスから成る透
明な基板２１の上に所定のストライプ状のパターンをも
って、交互に形成された蛍光体層２３Ｒ，２３Ｇ，２３
Ｂを被覆するように形成されている。尚、蛍光体層２３
Ｒは赤色を発光する蛍光体層であり、蛍光体層２３Ｇは
緑色を発光する蛍光体層であり、蛍光体層２３Ｂは青色
を発光する蛍光体層である。これらの蛍光体層２３Ｒ，
２３Ｇ，２３Ｂの間は、カーボン等の光吸収性材料から
成るブラック・マトリクス２２で埋め込まれており、表
示画像の色濁りが防止されている。尚、以下において
は、説明の簡素化のために、これらの蛍光体層２３Ｒ，
２３Ｇ，２３Ｂを総称して、単に、蛍光体層２３と呼
ぶ。電界放出素子を構成する開口部１７は蛍光体層２３
に対向して、マトリクス状に設けられている。基板２１
上における蛍光体層２３とアノード電極２４の積層順を
上記と逆にしても構わないが、この場合には、表示装置
の観察面側から見てアノード電極２４が蛍光体層２３の
手前に来るため、アノード電極２４をＩＴＯ（インジウ
ム・錫酸化物）等の透明導電材料にて構成する必要があ
る。

【００５３】実際の表示装置の構成においては、電界放
出素子はカソード・パネル１０の構成要素であり、アノ
ード電極２４及び蛍光体層２３はアノード・パネル２０
の構成要素である。そして、これらのカソード・パネル
１０とアノード・パネル２０とが枠体（図示せず）を介
して接合され、両パネルと枠体とに囲まれた空間が高真
空に排気されている。第１ゲート電極１２と第２ゲート
電極１６とは、外部で、具体的には、第１ゲート電極１
２の延在部と第２ゲート電極１６の延在部とは、それぞ
れ、表示装置の行方向の端部で、制御回路４３に接続さ
れている。一方、電子放出層１４の延在部は、表示装置
の列方向の端部で走査回路４２に接続されている。

【００５４】電子放出層１４には走査回路４２から相対
的に負電圧（例えば０ボルト）が印加され、第１ゲート
電極１２及び第２ゲート電極１６には制御回路４３から
同電位の相対的に正電圧（例えば、５０〜８０ボルト程
度のパルス状の信号電位）が印加され、アノード電極２
４には第１ゲート電極及び第２ゲート電極１６よりも更
に高い正電圧（例えば、０．３〜１０ｋボルト）が加速
電源４１から印加される。表示装置において表示を行う
場合、制御回路４３にはビデオ信号、走査回路４２には
走査信号が入力される。第１ゲート電極１２、第２ゲー
ト電極１６と電子放出層１４とに電圧を印加した際に生
ずる電界により、電子放出層１４の端部１４Ａから電子
が放出される。より具体的には、開口部１７の壁面から
突出した電子放出層１４の端部１４Ａの厚さは、先端に
向かって、しかも、開口部１７の上端側から下端側に向
かって減少しているので、電子放出層１４の端部１４Ａ
から第１ゲート電極１２に向かって大部分の電子が放出
される。尚、電子放出層１４を第１ゲート電極１２に垂
直な面で切断したときの電子放出層端部１４Ａの二等分
線（図３において、一点鎖線で示す）に沿って、電子が
最も多く放出される。

【００５５】しかも、第１絶縁層１３の厚さＤ₁と第２
絶縁層１５の厚さＤ₂とが、Ｄ₁＜Ｄ₂の関係を満足する
ことにより、電子放出層端部１４Ａからの電子の放出方
向が所定の方向、即ち、第１ゲート電極１２に向かう方
向に制御される。そして、殆ど全ての電子は、電子放出
層端部１４Ａから離れた第１ゲート電極１２の領域に入
射する。従って、第１ゲート電極１２の電子放出層端部
１４Ａに近すぎる領域に入射する結果、アノード電極２
４に到達する電子が減少したり、電子放出層端部１４Ａ
から放出される電子の向きが上向きになりすぎて第１ゲ
ート電極１２に入射する電子が減少したり、更に上向き
になりすぎて直接アノード電極２４に達してフォーカス
特性が悪化してしまうといったことがない。尚、「上向
き」とは、アノード電極に向かう方向を意味し、「下向
き」とは第１ゲート電極に向かう方向を意味する。そし
て、電子放出層端部１４Ａから離れた第１ゲート電極１
２の領域で生成した反射電子及び／又は２次電子は、対
向するアノード電極２４との間の電界によって加速され
て蛍光体層２３に衝突する。その結果、蛍光体層２３が
発光し、所望の画像を得ることができる。それ故、高い
電子放出効率を達成することができる。また、第１ゲー
ト電極１２で反射した電子は、アノード電極２４の方向
に向かうため、更には、第１ゲート電極１２で生成した
２次電子は初期運動エネルギーが小さいため、優れたフ
ォーカス特性を有する。

【００５６】しかも、実施の形態１における電界放出素
子あるいは表示装置において、第１ゲート電極１２と第
２ゲート電極１６に同電位の電圧を印加すれば、電子放
出層端部１４Ａの近傍における電界分布にバラツキが生
じることがない。従って、電子放出層端部１４Ａからの
電子の放出方向に変化が生じ難く、第１ゲート電極１２
に入射する電子の位置に変化が生じ難い。それ故、第１
ゲート電極１２及び第２ゲート電極１６に印加される駆
動電圧の変動によって、アノード電流が減少したり、フ
ォーカス特性が変化してしまうという問題点の発生を確
実に回避することができる。

【００５７】電子放出層端部１４Ａからの電子の放出状
態（電子の軌道）をコンピュータ・シミュレーションし
た結果を、図１２に示す。尚、図１２〜図１４におい
て、実線は電子の軌道を示し、点線は、主に、第１ゲー
ト電極、第２ゲート電極及び電子放出層によって形成さ
れる電界の等電位線を示し、一点鎖線は、主にアノード
電極によって形成される電界の等電位線を示す。また、
横軸は、第１ゲート電極の表面上に位置する。

【００５８】コンピュータ・シミュレーションにおいて
は、第１ゲート電極１２及び第２ゲート電極１６に＋６
０ボルトを印加し、電子放出層１４に０ボルトを印加
し、アノード電極２４に＋６ｋボルトを印加すると想定
し、カソード・パネル１０とアノード・パネル２０との
間の間隔を１ｍｍとした。また、電子放出層１４を第１
ゲート電極１２に垂直な面で切断したときの電子放出層
端部１４Ａの角度（テーパ角と呼ぶ）を３０度（電子放
出層端部１４Ａの下端面は水平）とした。

【００５９】そして、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．７５μｍ／０．３
μｍ＝２．５とした。

【００６０】図１２及び図１３に示すコンピュータ・シ
ミュレーション結果から、上記のコンピュータ・シミュ
レーション条件においては、電子放出層端部１４Ａから
放出された相当量の電子が第１ゲート電極１２に入射し
ているが、未だ、無効になってしまう電子、即ち、第１
ゲート電極１２に衝突しない電子が存在することが判
る。従って、上記のコンピュータ・シミュレーション条
件においては、Ｄ₂／Ｄ₁の値が大き過ぎると云える。

【００６１】上記のコンピュータ・シミュレーション条
件において、第１ゲート電極１２への電子の衝突によっ
て第１ゲート電極１２にて生成した２次電子（但し、出
射エネルギーを５ｅＶとする）の幾つの軌道をコンピュ
ータ・シミュレーションした結果を、図１３に示す。但
し、計算の都合上、電子の速度が下向きになった時点で
計算を終了している。コンピュータ・シミュレーション
から、電子放出層端部１４Ａに近い第１ゲート電極１２
の領域、例えば、図１３の「Ａ」点から出射された２次
電子の殆ど全てが下向きの電界のために、直ちに第１ゲ
ート電極１２に引き戻され、第１ゲート電極１２に再度
入射することが判る。従って、「Ａ」点から出射された
電子は、アノード電極２４には到達しないので、発光に
は全く寄与しない。また、「Ｂ」点から出射された２次
電子の５０％程度、「Ｃ」点から出射された２次電子の
８０％以上がアノード電極２４に達する。従って、電子
放出層端部１４Ａから出来るだけ離れた第１ゲート電極
１２の領域に、電子放出層端部１４Ａから放出された電
子が入射すれば、アノード電極２４に達する電子を増加
させることができ、輝度を向上させることができる。

【００６２】一方、Ｄ₂／Ｄ₁＝０．３μｍ／０．３μｍ
＝１．０とし、その他のコンピュータ・シミュレーショ
ン条件を同一としたときの、電子放出層１４からの電子
の放出状態（電子の軌道）をコンピュータ・シミュレー
ションした結果を、図１４に示す。電子放出層端部１４
Ａ近傍の電界分布が変わり、電子放出層端部１４Ａから
放出された電子がより上向きに曲げられていることが判
る。従って、図１２の場合と比較し、電子放出層端部１
４Ａの同じ場所から放出された電子は、第１ゲート電極
１２の、より遠い領域に入射することになる。しかも、
上述の下向きの電界の範囲が狭くなっていることから、
更に、アノード電極２４に到達しない無効電子を減らす
効果が高くなっている。しかしながら、電子放出層端部
１４Ａから放出される電子のうち、一番上方向に放出さ
れる電子に着目すると、第１ゲート電極１２に入射する
ことなく、図１２の右端まで到達している。ここでは電
界が上向きになっているため、電子はそのままアノード
電極方向に加速され、最終的にアノード電極２４の、開
口部１７に対応した位置から大きく外れた位置に入射し
てしまう。その結果、開口部１７に対応した蛍光体層２
３ではない蛍光体層を発光させてしまい、色ずれが生じ
たり、解像度の低下が生じる。以上の結果から、Ｄ₂／
Ｄ₁の値が１では小さ過ぎると云える。

【００６３】以上のとおり、上記のコンピュータ・シミ
ュレーション条件にあっては、１．０Ｄ₁＜Ｄ₂＜２．５
Ｄ₁の範囲にＤ₂／Ｄ₁の最適値が存在することが判る。
ところで、電子放出層端部１４Ａのテーパ角が変わると
電子放出層端部１４Ａからの電子の放出方向も変化する
ので、Ｄ₂／Ｄ₁の最適値も変化する。一般に、テーパ角
が大きくなるほど、電子放出層端部１４Ａから下向きに
電子が放出されるので、Ｄ₂／Ｄ₁の最適値は１に近づ
く。一方、テーパ角が小さくなるほど、電子放出層端部
１４Ａから上向きに電子が放出されるので、Ｄ₂／Ｄ₁の
最適値は１から遠ざかる。様々なテーパ角を考慮する
と、概略、１．１Ｄ₁≦Ｄ₂≦３．０Ｄ₁の範囲にＤ₂／Ｄ
₁の最適値が存在する。

【００６４】参考のために、Ｄ₁＝Ｄ₂＝０．５μｍと
し、第１ゲート電極１２及び第２ゲート電極１６に＋５
０ボルトを印加し、電子放出層１４に０ボルトを印加
し、アノード電極２４に＋３００ボルトを印加すると想
定し、電子放出層１４を第１ゲート電極１２に垂直な面
で切断したときの電子放出層端部１４Ａの角度（テーパ
角と呼ぶ）を１５度、３０度、４５度、６０度（但し、
電子放出層端部１４Ａの下端面は水平）としたときの、
コンピュータ・シミュレーション結果を、図１５、図１
６、図１７及び図１８に示す。尚、実線で示す電子の軌
道は、最も高強度の軌道のみを示した。図１５〜図１８
から明らかなように、電子放出層端部１４Ａのテーパ角
が大きくなるに従い、電子放出層端部１４Ａから下向き
に電子が放出され、電子放出層端部１４Ａにより近づい
た第１ゲート電極１２の領域に入射する。

【００６５】以上のようにして、電子が第１ゲート電極
１２に引き戻されない第１ゲート電極１２の領域におい
て効率よく生成した２次電子及び／又は反射電子が、ア
ノード電極２４との間の電界によって加速されて蛍光体
層２３に衝突し、蛍光体を発光させる。従って、従来よ
りも表示装置の輝度を大幅に改善することができ、ある
いは又、同じ輝度とするための駆動電圧を大幅に低減す
ることができる。

【００６６】図４に、実施の形態１の電界放出素子の変
形例を示す。この電界放出素子は、第２ゲート電極１６
上を含む第２絶縁層１５上に形成された第３絶縁層１
８、並びに、第３絶縁層１８上に形成されたフォーカス
電極１９を更に備え、第３絶縁層１９には、開口部１７
に連通する第２開口部１７Ａが設けられている。また、
図示していないが、フォーカス電極１９と電子放出層１
４とは、電気的に接続されている。これによって、フォ
ーカス電極１９の近傍に収束電界が生じる。第１ゲート
電極１２で生成した電子は、この収束電界によって収束
され、アノード電極２４上に形成された蛍光体層２３に
正確に衝突する。このように、蛍光体層２３を正確に発
光させることができるため、表示装置の輝度を大幅に向
上させることができ、更には、色ずれも防止することが
できる。

【００６７】（実施の形態２）実施の形態２は、本発明
の第２の態様に係る電界放出素子及び表示装置に関す
る。実施の形態２の表示装置の模式的な一部端面図を図
５に示す。また、電界放出素子の模式的な一部端面図を
図６に示す。尚、電界放出素子の開口部の近傍のみを一
部破断した概略斜視図は、実質的に図２に示したと同様
である。

【００６８】実施の形態２の電界放出素子も、実施の形
態１の電界放出素子と同様に、ガラス基板から成る支持
体１１上に形成された第１ゲート電極１２、第１ゲート
電極１２上を含む支持体１１上に形成された第１絶縁層
１３、第１絶縁層１３上に形成された電子放出層１４、
電子放出層１４上を含む第１絶縁層１３上に形成された
第２絶縁層１５、第２絶縁層１５上に形成された第２ゲ
ート電極１６、並びに、第２ゲート電極１６、第２絶縁
層１５、電子放出層１４及び第１絶縁層１３を貫通し、
底部に第１ゲート電極１２の表面が露出した開口部１７
から成り、開口部１７の壁面から突出した電子放出層１
４の端部１４Ａから電子が放出される。

【００６９】実施の形態２において、第１ゲート電極１
２と第２ゲート電極１６とは、図６に示すように、第１
絶縁層１３及び第２絶縁層１５に設けられた接続孔３０
を介して電気的に接続されている。第１ゲート電極１２
は、図６の左右方向（表示装置の行方向）にストライプ
状に延びており、隣接する電界放出素子の第１ゲート電
極１２と共通である。即ち、複数個の電界放出素子の第
１ゲート電極１２は、第１ゲート電極１２の延在部によ
って相互に電気的に接続されている。一方、各電界放出
素子の第２ゲート電極１６は、各電界放出素子に設けら
れた接続孔３０を介して第１ゲート電極１２に接続され
ている。従って、第１ゲート電極１２の延在部を制御回
路４３に接続し、第１ゲート電極１２に所定の駆動電圧
を印加すれば、第２ゲート電極１６に同一の電圧が印加
され、第２ゲート電極１６を制御回路４３に、直接、接
続する必要がない。また、電界放出素子毎に接続孔３０
が設けられているので、第２ゲート電極１６をストライ
プ形状にする必要が無くなり、開口部１７の周辺にのみ
第２ゲート電極１６を形成すればよく、電極間の静電容
量を小さくすることができる。その結果、表示装置の電
気回路の負担増、表示装置の面内の均一性及び画質が劣
化するといった問題の発生を回避することができる。

【００７０】電子放出層１４の端部１４Ａは電子放出部
として機能する部位であり、先鋭化されている。具体的
には、開口部１７の壁面から突出した電子放出層１４の
端部１４Ａの厚さは、先端に向かって、しかも、開口部
１７の上端側から下端側に向かって減少している。ま
た、第２ゲート電極１６の先端部は、第２絶縁層１５か
ら突出している。即ち、第１絶縁層１３に設けられた開
口部１７の上端部は電子放出層１４の端部１４Ａよりも
後退している。また、第２絶縁層１５に設けられた開口
部１７の下端部は電子放出層１４の端部１４Ａよりも後
退しており、第２絶縁層１５に設けられた開口部１７の
上端部は第２ゲート電極１６の先端部よりも後退してい
る。

【００７１】電子放出層１４は、図６の紙面垂直方向
（表示装置の列方向）にストライプ状に延びており、隣
接する電界放出素子の電子放出層１４と共通である。即
ち、複数個の電界放出素子の電子放出層１４は、電子放
出層１４の延在部によって相互に電気的に接続されてい
る。即ち、ストライプ状の第１ゲート電極１２と、スト
ライプ状の電子放出層１４とは、相互に直交する方向に
延びている。

【００７２】実施の形態２においても、第１絶縁層１３
の厚さをＤ₁、第２絶縁層１６の厚さをＤ₂としたとき、
Ｄ₁＜Ｄ₂なる関係を満足するとした。

【００７３】実施の形態２の表示装置は、実質的に、図
１に示した表示装置と同様の構造を有するので、詳細な
説明は省略する。

【００７４】あるいは又、第２ゲート電極１６を、図６
の左右方向（表示装置の行方向）にストライプ状に延ば
し、隣接する電界放出素子の第２ゲート電極１６と共通
としてもよい。即ち、複数個の電界放出素子の第２ゲー
ト電極１６を、第２ゲート電極１６の延在部によって相
互に電気的に接続する構成とすることもできる。そし
て、各電界放出素子の第１ゲート電極１２を、各電界放
出素子に設けられた接続孔３０を介して第２ゲート電極
１６に接続する。このような構成により、第２ゲート電
極１６を制御回路４３に接続し、第２ゲート電極１６に
所定の駆動電圧を印加すれば、第１ゲート電極１２に同
一の電圧が印加され、第１ゲート電極１２を制御回路４
３に、直接、接続する必要がない。また、電界放出素子
毎に接続孔３０が設けられているので、第１ゲート電極
１２をストライプ形状にする必要が無くなり、開口部１
７の底部周辺にのみ第１ゲート電極１２を形成すればよ
く、電極間の静電容量を小さくすることができる。

【００７５】更には、第２ゲート電極１６を第１ゲート
電極１２と同方向のストライプ状に形成することも可能
である。この場合、対になる、ストライプ状の第１ゲー
ト電極と、ストライプ状の第２ゲート電極とで、少なく
とも１つの接続孔を形成すればよく、接続孔の数を少な
くすることができる。しかも、画素と画素の間、若しく
は、第１ゲート電極及び第２ゲート電極の延在部といっ
た比較的空間的に余裕のある部分で接続孔を形成するこ
とが可能であり、しかも、信頼性の高い接続孔を形成で
きるという利点がある。

【００７６】図７に、実施の形態２の電界放出素子の変
形例を示す。この電界放出素子は、第２ゲート電極１６
上を含む第２絶縁層１５上に形成された第３絶縁層１
８、並びに、第３絶縁層１８上に形成されたフォーカス
電極１９を更に備え、第３絶縁層１９には、開口部１７
に連通する第２開口部１７Ａが設けられている。また、
フォーカス電極１９と電子放出層１４とは、電気的に接
続されている。具体的には、フォーカス電極１９と電子
放出層１４とは、第３絶縁層１８及び第２絶縁層１５に
設けられた第２接続孔３３を介して電気的に接続されて
いる。

【００７７】以下、実施の形態２の電界放出素子の製造
方法について、図８乃至図１１を参照しながら説明する
が、実施の形態１の電界放出素子も実質的には同じ方法
で製造することができる。

【００７８】［工程−１００］先ず、例えばガラス基板
から成る支持体１１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製膜し、通常の手順に
従って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、ストライプ状
の第１ゲート電極１２を得る。次に、第１ゲート電極１
２上を含む支持体１１上に第１絶縁層１３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絶縁層１３の上に、例えば厚
さ約０．２μｍのタングステン膜を製膜し、所定の形状
にパターニングし、電子放出層を構成するためのストラ
イプ状の導電体層１４Ｂを得る。次に、全面に例えばＳ
ｉＯ₂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。その後、第２絶縁層１５及び第１絶
縁層１３を貫通し、底部に第１ゲート電極１２の表面が
露出した孔部３１を、リソグラフィ技術及びドライエッ
チング技術に基づき形成する。こうして、図８の（Ａ）
に示す構造を得ることができる。

【００７９】［工程−１１０］その後、孔部３１内を、
例えば、不純物を含有するポリシリコンにて埋め込み、
接続孔３０を完成させる。次いで、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１６
を得ることができる。第２ゲート電極１６の構成材料や
厚さについては、第１ゲート電極１２と同じであっても
よいし、異なっていてもよい。ここまでのプロセスが終
了した状態を、図８の（Ｂ）に示す。尚、第２ゲート電
極を構成する材料を第２絶縁層１５上に堆積させると同
時に、かかる材料によって孔部を埋め込み、接続孔を形
成してもよい。

【００８０】［工程−１２０］次に、全面にレジスト層
３２を形成し、更に、このレジスト層３２に、第２ゲー
ト電極１６の表面を一部露出させるようにレジスト開口
部３２Ａを形成する（図９の（Ａ）参照）。レジスト開
口部３２Ａの平面形状を矩形とした。矩形の長辺を概ね
１００μｍ、短辺を数μｍ〜１０μｍとした。続いて、
レジスト開口部３２Ａの底部に露出した第２ゲート電極
１６を例えばＲＩＥ法により異方的にエッチングする。
ここでは第２ゲート電極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、第２ゲート電極１６に開口部１７の一部を形成する
ことができる。こうして、図９の（Ｂ）に示す構造を得
ることができる。

【００８１】［工程−１３０］次に、図１０の（Ａ）に
示すように、レジスト開口部３２Ａの内部に露出した第
２絶縁層１５を等方的にエッチングし、開口部１７の一
部を第２絶縁層１５に形成する。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。第２絶縁
層１５の壁面（開口部形成面）は、第２ゲート電極１６
の先端部よりも後退するが、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。

【００８２】［工程−１４０］次に、開口部１７の底部
に露出した導電体層１４Ｂ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し、開口部の一部を
形成する。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−１４０］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、及び開口部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、電子
放出層１４の露出面の中で、本来であれば開口部によっ
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、導
電体層１４Ｂ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、導電体層１４Ｂの厚さ
が、突出方向の先端に向けて薄くなり、端部が先鋭化さ
れる。ここでは導電体層１４Ｂをタングステンを用いて
構成しているので、ＳＦ₆ガスを用いたドライエッチン
グによって開口部１７の一部を電子放出層１４に形成す
ることができる。このときのエッチング条件によって、
導電体層１４Ｂの厚さを端部に向かって減少させ、端部
を先鋭化させる。こうして、端部１４Ａの厚さが先端に
向かって減少している電子放出層１４を得ることができ
る（図１０の（Ｂ）参照）。

【００８３】［工程−１５０］次に、レジスト開口部３
２Ａの内部に露出した第１絶縁層１３を等方的にエッチ
ングすることにより、図１１に示すように、底部に第１
ゲート電極１２が露出した開口部１７を形成する。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１３の壁面（開口部形成面）は、電子放出層１４の
端部１４Ａよりも後退する。これと同時に、第２絶縁層
１５の壁面（開口部形成面）も後退するため、電子放出
層１４の端部１４Ａは第１絶縁層１３と第２絶縁層１５
の双方から突出することになる。その後、レジスト層３
２を除去すると、図６に示した構成を得ることができ
る。

【００８４】以上のようにして作製された電界放出素子
を有するカソード・パネル１０と、アノード・パネル２
０とを組み合わせ、外部電源回路に接続すると、本発明
の表示装置が完成される。カソード・パネル１０とアノ
ード・パネル２０との間は真空である。実際の表示装置
の構成においては、アノード・パネル２０の端部とカソ
ード・パネル１０の端部とがスペーサ及び／又は枠体
（図示せず）を介して接合され、これら両パネル間の空
間が排気されている。

【００８５】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数値や用いた各種材
料は例示であり、適宜変更することができる。また、電
界放出素子の製造方法も例示であり、適宜変更すること
ができる。例えば、第１絶縁層１３上に導電体層１４Ｂ
を製膜した後、導電体層１４Ｂをパターニングすること
によって、ストライプ状であってしかも開口部が形成さ
れた電子放出層１４を形成し、次いで、電子放出層１４
上を含む第１絶縁層１３上に第２絶縁層１５を形成して
もよい。また、第２絶縁層１５上に、例えば印刷法に
て、ストライプ状であってしかも開口部が設けられた第
２ゲート電極１６を形成することもできる。

【００８６】本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子
放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置においては、
第１絶縁層１３の厚さＤ₁と第２絶縁層１５の厚さＤ₂と
を、Ｄ₁＞Ｄ₂の関係を満足するように規定してもよい。
この場合、電子放出層１４の端部１４Ａから放出された
電子は、アノード電極２４側に曲げられて、第１ゲート
電極１２に入射することなく、直接、アノード電極２４
に衝突する。これにより、電子利用効率を向上させるこ
とができ、アノード電流を増加させることができ、輝度
を向上させることができる。

【００８７】本発明の電界放出素子あるいは冷陰極電界
電子放出表示装置においては、少なくとも開口部の底部
に露出した第１ゲート電極の部分の表面に、第１ゲート
電極を構成する導電性材料よりも２次電子利得の大きい
材料から成る電子増幅層が設けられていてもよい。この
ような構成にすれば、電子放出層から放出され、第１ゲ
ート電極に引き付けられた電子が、先ず、電子増幅層に
衝突する結果、電子増幅層から２次電子が効率良く放出
される。放出された２次電子は、アノード電極側へ向か
って加速され、蛍光体層に衝突してこれを発光させる。

【００８８】２次電子利得δとは、一般的には、固体表
面に電子（１次電子）を衝突させたとき、その表面から
別の電子（２次電子）が放出される現象（２次電子放
出）において、２次電子流Ｉ₂と１次電子流Ｉ₁の比とし
て定義され、下式のように表される。但し、２次電子利
得は１次電子流Ｉ₁、即ち１次電子の入射エネルギーの
関数であるから、電界放出素子においては、電子放出層
から放出された電子（１次電子）の加速電圧の関数とな
り、ひいては電子放出層と第１及び第２ゲート電極との
間の電位差の関数となる。従って、電界放出素子におけ
る２次電子利得を論ずる場合には、通常の電界放出素子
が駆動される或る特定の電位差領域（通常、１００ボル
ト以下）におけるδの値を論ずる必要がある。δの値が
大きいほど、電子放出層から放出された一定数の１次電
子に対して、より多くの２次電子が放出されることにな
り、以て、蛍光体層へ入射する２次電子数が増大し、表
示画面の輝度が向上する。換言すれば、一定数の２次電
子を生成させるために必要な第１及び第２ゲート電極へ
の印加電圧を低減することができ、同レベルの輝度をよ
り低い消費電力で達成することが可能となる。

【００８９】δ＝Ｉ₂／Ｉ₁

【００９０】例えば、Applied Surface Science 111 (1
997) 259-264 によると、シリコン基板上に製膜された
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）薄膜について、１次電子の
入射エネルギーが５０ｅＶの時はδ＝２．０であり、１
００ｅＶの時はδ＝３．４の値が得られている。これ
は、電界放出素子に当てはめて考えると、酸化マグネシ
ウム薄膜は、電子放出層とゲート電極との間の電位差が
５０ボルトの時に１次電子の入射数の２倍の数の２次電
子を放出することができ、１００ボルトでは３．４倍の
数の２次電子を放出できることに相当する。電界放出素
子のゲート電極の構成材料として使用される通常の金属
の多くは、１００ボルト以下の電位差領域におけるδの
値が１以下であるから、かかる金属から成る第１ゲート
電極の表面に例えば酸化マグネシウムから成る電子増幅
層を形成すれば、低消費電力で高輝度を有する電界放出
素子を得ることができる。

【００９１】本発明において、電子放出層から放出され
た１次電子は、先ず開口部の底部に向かって加速される
ので、電子増幅層は少なくとも開口部の底部に位置する
第１ゲート電極の部分の表面に形成されていればよい。
即ち、電子増幅層を形成すべき第１ゲート電極の領域
は、開口部の底部に一致した領域であっても、あるいは
開口部の底部とその周囲近傍とを含む領域であってもよ
い。あるいは、電子放出層から放出される１次電子の軌
道によっては、開口部の底部の全面に電子増幅層が露出
していなくてもよく、実際に１次電子が入射し得るより
狭い第１ゲート電極の領域に電子増幅層が選択的に形成
されていてもよい。更には、電子増幅層が第１ゲート電
極の表面全域に亙って形成されていてもよい。

【００９２】電子増幅層を構成する材料については、該
材料の２次電子利得δが第１ゲート電極を構成する導電
性材料の２次電子利得δよりも大きくなるように、下記
に挙げる材料の中から適宜選択することが好ましい。即
ち、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、
コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、
ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、タ
ンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム
（Ｚｒ）等の金属；シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム
（Ｇｅ）等の半導体；ダイヤモンド等の無機単体；及び
酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化カルシウム（Ｃ
ａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化錫（ＳｎＯ
₂）、フッ化バリウム（ＢａＦ₂）、フッ化カルシウム
（ＣａＦ₂）等の化合物の中から、適宜選択することが
できる。尚、電子増幅層の構成材料は、必ずしも導電性
を備えている必要はない。

【００９３】

【発明の効果】本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電
子放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置におい
ては、第１絶縁層の厚さＤ₁と第２絶縁層の厚さＤ₂がＤ
₁＜Ｄ₂の関係を満足するように規定されているので、電
子放出層の端部から放出される電子の方向を所定の方向
に制御することができ、第１ゲート電極の電子放出層の
端部から離れた領域に電子を入射させることができる。
その結果、かかる第１ゲート電極の領域で生成した２次
電子及び／又は反射電子が下向きの電界によって第１ゲ
ート電極に引き戻されず、アノード電極まで到達する。
それ故、従来よりも冷陰極電界電子放出表示装置の輝度
が大幅に改善され、あるいは又、十分な輝度を得るため
の駆動電圧を大幅に低減することができる。しかも、電
子放出層の端部から放出された電子が、直接、アノード
電極に向かわないため、色ずれも防止することができ
る。

【００９４】本発明の第２の態様に係る冷陰極電界電子
放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置において
は、第１ゲート電極と第２ゲート電極が、第１絶縁層及
び第２絶縁層に設けられた接続孔によって電気的に接続
されているので、外部に接続する信号線を大幅に減らす
ことができ、信頼性を向上させることができ、しかも、
コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示
装置の模式的な一部端面図である。

【図２】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出素子
の開口部の近傍のみを一部破断して示す概略斜視図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面に沿った発明の実施の形態
１の冷陰極電界電子放出素子の模式的な一部端面図であ
る。

【図４】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出素子
の変形例の模式的な一部端面図である。

【図５】発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出表示
装置の模式的な一部端面図である。

【図６】発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出素子
の模式的な一部端面図である。

【図７】発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出素子
の変形例の模式的な一部端面図である。

【図８】発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出素子
の製造方法を説明するための支持体等の模式的な一部端
面図である。

【図９】図８に引き続き、発明の実施の形態２の冷陰極
電界電子放出素子の製造方法を説明するための支持体等
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２の冷陰
極電界電子放出素子の製造方法を説明するための支持体
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２の冷
陰極電界電子放出素子の製造方法を説明するための支持
体等の模式的な一部端面図である。

【図１２】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出素
子における、電子放出層からの電子の放出状態（電子の
軌道）をコンピュータ・シミュレーションした結果を示
す図である。

【図１３】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出素
子における、第１ゲート電極への電子の衝突によって第
１ゲート電極にて生成した２次電子の幾つの軌道をコン
ピュータ・シミュレーションした結果を示す図である。

【図１４】比較例の冷陰極電界電子放出素子における、
電子放出層からの電子の放出状態（電子の軌道）をコン
ピュータ・シミュレーションした結果を示す図である。

【図１５】電子放出層端部のテーパ角を１５度としたと
きの、電子放出層からの電子の放出状態（電子の軌道）
をコンピュータ・シミュレーションした結果を示す図で
ある。

【図１６】電子放出層端部のテーパ角を３０度としたと
きの、電子放出層からの電子の放出状態（電子の軌道）
をコンピュータ・シミュレーションした結果を示す図で
ある。

【図１７】電子放出層端部のテーパ角を４５度としたと
きの、電子放出層からの電子の放出状態（電子の軌道）
をコンピュータ・シミュレーションした結果を示す図で
ある。

【図１８】電子放出層端部のテーパ角を６０度としたと
きの、電子放出層からの電子の放出状態（電子の軌道）
をコンピュータ・シミュレーションした結果を示す図で
ある。

【図１９】従来のスピント型電界放出素子を適用した表
示装置の概念図である。

【図２０】図１９に示した従来のスピント型電界放出素
子の製造方法の説明するための支持体等の模式的な一部
端面図である。

【図２１】図２０に引き続き、図１９に示した従来のス
ピント型電界放出素子の製造方法の説明するための支持
体等の模式的な一部端面図である。

【図２２】米国特許第５２１４３１７号に開示されたエ
ッジ型電界放出素子の模式的な一部端面図である。

【図２３】米国特許第５２１４３１７号に開示されたエ
ッジ型電界放出素子を改良し得るエッジ型電界放出素子
の模式的な一部端面図である。

【符号の説明】

１０・・・カソード・パネル、１１・・・支持体、１２
・・・第１ゲート電極、１３・・・第１絶縁層、１４・
・・電子放出層、１４Ａ・・・電子放出層の端部、１５
・・・第２絶縁層、１６・・・第２ゲート電極、１７，
１７Ａ・・・開口部、２０・・・アノード・パネル、２
１・・・透明基板、２２・・・ブラック・マトリクス、
２３，２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ・・・蛍光体層、２４・
・・アノード電極、３０，３２・・・接続孔、３１・・
・孔部、３２・・・レジスト層、３３・・・フォーカス
電極、４１・・・加速電源、４２・・・走査回路、４３
・・・制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）支持体上に形成された第１ゲート電
極、（ロ）第１ゲート電極上を含む支持体上に形成された第
１絶縁層、（ハ）第１絶縁層上に形成された電子放出層、（ニ）電子放出層上を含む第１絶縁層上に形成された第
２絶縁層、（ホ）第２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並び
に、（ヘ）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第
１絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出
した開口部、から成り、開口部の壁面から突出した電子放出層の端部から電子が
放出される冷陰極電界電子放出素子であって、第１絶縁層の厚さをＤ₁、第２絶縁層の厚さをＤ₂とした
とき、Ｄ₁＜Ｄ₂なる関係を満足す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絶縁層の厚さＤ₁と第２絶縁層の厚さ
Ｄ₂とは、１．１Ｄ₁≦Ｄ₂≦３．０Ｄ₁なる関係を満足す
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】開口部の壁面から突出した電子放出層の端
部の厚さは、先端に向かって減少していることを特徴と
する請求項１に記載の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項４】第１ゲート電極と第２ゲート電極とは電気
的に接続されてい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】（ト）第２ゲート電極上を含む第２絶縁層
上に形成された第３絶縁層、並びに、（チ）第３絶縁層上に形成されたフォーカス電極、を更
に備え、第３絶縁層には、前記開口部に連通する第２開口部が設
けられてい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６】フォーカス電極と電子放出層とは電気的に
接続されていることを特徴とする請求項５に記載の冷陰
極電界電子放出素子。
【請求項７】（イ）支持体上に形成された第１ゲート電
極、（ロ）第１ゲート電極上を含む支持体上に形成された第
１絶縁層、（ハ）第１絶縁層上に形成された電子放出層、（ニ）電子放出層上を含む第１絶縁層上に形成された第
２絶縁層、（ホ）第２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並び
に、（ヘ）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第
１絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出
した開口部、から成り、開口部の壁面から突出した電子放出層の端部から電子が
放出される冷陰極電界電子放出素子であって、第１ゲート電極と第２ゲート電極とは、第１絶縁層及び
第２絶縁層に設けられた接続孔を介して電気的に接続さ
れていることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子。
【請求項８】第１絶縁層の厚さをＤ₁、第２絶縁層の厚
さをＤ₂としたとき、Ｄ₁＜Ｄ₂なる関係を満足すること
を特徴とする請求項７に記載の冷陰極電界電子放出素
子。
【請求項９】第１絶縁層の厚さＤ₁と第２絶縁層の厚さ
Ｄ₂とは、１．１Ｄ₁≦Ｄ₂≦３．０Ｄ₁なる関係を満足す
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】開口部の壁面から突出した電子放出層の
端部の厚さは、先端に向かって減少していることを特徴
とする請求項７に記載の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項１１】（ト）第２ゲート電極上を含む第２絶縁
層上に形成された第３絶縁層、並びに、（チ）第３絶縁層上に形成されたフォーカス電極、を更
に備え、第３絶縁層には、前記開口部に連通する第２開口部が設
けられていることを特徴とする請求項７に記載の冷陰極
電界電子放出素子。
【請求項１２】フォーカス電極と電子放出層とは電気的
に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の
冷陰極電界電子放出素子。
【請求項１３】フォーカス電極と電子放出層とは、第３
絶縁層及び第２絶縁層に設けられた第２接続孔を介して
電気的に接続されていることを特徴とする請求項１２に
記載の冷陰極電界電子放出素子。
【請求項１４】複数の画素から構成され、各画素は、冷陰極電界電子放出素子と、冷陰極電界電子
放出素子に対向して基板上に設けられたアノード電極及
び蛍光体層とから構成された冷陰極電界電子放出表示装
置であって、各冷陰極電界電子放出素子は、（イ）支持体上に形成された第１ゲート電極、（ロ）第１ゲート電極上を含む支持体上に形成された第
１絶縁層、（ハ）第１絶縁層上に形成された電子放出層、（ニ）電子放出層上を含む第１絶縁層上に形成された第
２絶縁層、（ホ）第２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並び
に、（ヘ）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第
１絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出
した開口部、から成り、開口部の壁面から突出した電子放出層の端部から電子が
放出され、第１絶縁層の厚さをＤ₁、第２絶縁層の厚さをＤ₂とした
とき、Ｄ₁＜Ｄ₂なる関係を満足することを特徴とする冷
陰極電界電子放出表示装置。
【請求項１５】複数の画素から構成され、各画素は、冷陰極電界電子放出素子と、冷陰極電界電子
放出素子に対向して基板上に設けられたアノード電極及
び蛍光体層とから構成された冷陰極電界電子放出表示装
置であって、各冷陰極電界電子放出素子は、（イ）支持体上に形成された第１ゲート電極、（ロ）第１ゲート電極上を含む支持体上に形成された第
１絶縁層、（ハ）第１絶縁層上に形成された電子放出層、（ニ）電子放出層上を含む第１絶縁層上に形成された第
２絶縁層、（ホ）第２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並び
に、（ヘ）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第
１絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出
した開口部、から成り、開口部の壁面から突出した電子放出層の端部から電子が
放出され、第１ゲート電極と第２ゲート電極とは、第１絶縁層及び
第２絶縁層に設けられた接続孔を介して電気的に接続さ
れていることを特徴とする冷陰極電界電子放出表示装
置。