JP2000348601A - 電子放出源及びその製造方法、並びにその電子放出源を用いたディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極薄型のディスプレイ装置に用いる、低電圧
駆動が可能で長寿命の電子放出源を提供すること。 【解決手段】 電子放出源は、例えばガラス材よりなる
下部基板１の表面上に帯状の複数本のカソード電極ライ
ン２が形成され、その上に絶縁層３が成膜され、さらに
その上にカソード電極ライン２と交差して帯状に複数本
のゲート電極ライン４が形成されている。カソード電極
ライン２とゲート電極ライン４とはマトリクス構造を構
成していて、各カソード電極ライン２および各ゲート電
極ライン４は制御手段１５にそれぞれ接続されて駆動制
御される。カソード電極ライン２とゲート電極ライン４
との各交差領域においては、ゲート電極ライン４、絶縁
層３、カソード電極ラインの厚さ方向の一部を貫通し
て、カソード電極ライン２に臨む略円形又はスリット形
状の微細孔５又は６を有し、この微細孔の底部の表面に
は微小な凹凸を有し、その凹凸表面をカーボン膜７で被
覆し、またカーボン膜７の表面は、カソード電極ライン
２の表面より基板１側に位置して形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば極薄型のデ
ィスプレイ装置に使用して好適な電子放出源及びその製
造方法、並びにその電子放出源を用いたディスプレイ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば極薄型のディスプレイ装
置としては、スクリーン内部に電子放出源を設け、その
各画素領域内に電子放出材料からなる多数のマイクロチ
ップを形成し、所定の電気信号に応じて対応する画素領
域のマイクロチップを励起することにより、スクリーン
の蛍光面を光らせるものが知られている。

【０００３】この電子放出源は、帯状に形成された複数
本のカソード電極ラインと、このカソード電極ラインの
上部においてカソード電極ラインと交差して帯状に形成
された複数本のゲート電極ラインとが設けられ、上記カ
ソード電極ラインと上記ゲート電極ラインとの各交差領
域がそれぞれ１画素を形成している。

【０００４】次に、図６及び図７を参照して、上記した
電子放出源とディスプレイ装置について説明する。

【０００５】従来の電子放出源１２は、例えばガラス材
よりなる下部基板２１の表面上に帯状の複数本のカソー
ド電極ライン２２が形成され、これらのカソード電極ラ
イン２２の上に絶縁層２３が成膜され、更にその上に各
カソード電極ライン２２と交差して帯状に形成された複
数本のゲート電極ライン２４が形成されて、各カソード
電極ライン２２とともにマトリクス構造を構成してい
る。各カソード電極ライン２２及び各ゲート電極ライン
２４は制御手段２５にそれぞれ接続されて駆動制御され
る。

【０００６】カソード電極ライン２２とゲート電極ライ
ン２４との各交差領域においては、ゲート電極ライン２
４と絶縁層２３とを貫通してカソード電極ライン２２に
達する多数の微細孔２６が形成され、これらの孔２６の
底部となるカソード電極ライン２２の表面にマイクロチ
ップ２７が設けられている。このマイクロチップ２７が
冷陰極を構成する。

【０００７】これらのマイクロチップ２７は、電子放出
材料、例えばモリブデンよりなり、略円錐体に形成され
ている。そして各マイクロチップ２７の円錐体の先端部
は、ゲート電極ライン２４に形成されている電子通過用
のゲート部２４ａの高さに略位置している。このよう
に、カソード電極ライン２２とゲート電極ライン２４と
の交差領域には、多数のマイクロチップ２７が設けられ
て画素領域が形成され、個々の画素領域が１つの画素
（ピクセル）に対応している。

【０００８】上記した電子放出源１２においては、制御
手段２５により所定のカソード電極ライン２２とゲート
電極ライン２４を選択し、これらの間に所定の電圧を印
加することにより、カソード電極ライン２２とゲート電
極ライン２４との交差領域、即ち、画素領域内の全ての
マイクロチップ２７とゲート部２４ａとの間に所定の電
界が生じ、マイクロチップ２７の先端からトンネル効果
によって電子が放出される。尚、このときの印加電圧
は、マイクロチップ２７の材料がモリブデンである場
合、マイクロチップ２７の円錐体の先端部付近の電界の
強さが１０⁸ 〜１０¹⁰Ｖ／ｍ程度となる電圧値にする。

【０００９】次に、この電子放出源を用いたディスプレ
イ装置の例を図７に示す。

【００１０】ディスプレイ装置２０は、画面を構成する
ように上述した電子放出源１２を多数配置した下部基板
２１と、この下部基板に対し電子放出方向に所定の間隔
をもって配置された上部基板２８とが設けられ、この上
部基板２８において電子放出源１２と対向する位置に、
カソード電極ライン２４と平行な帯状の蛍光体が塗布さ
れた蛍光面２９が形成され、また、電子放出源１２と蛍
光面２９との間は真空に保たれた構成になっている。

【００１１】このディスプレイ装置２０の動作について
述べる。画素を構成する所定の画素領域の電子放出源１
２について、その電子放出源１２と一致する交差領域を
有するカソード電極ライン２２とゲート電極ライン２４
とを制御手段２５によって選択し、所定の電圧を印加す
る。これにより、この電子放出源１２は励起し、その電
子放出源１２のマイクロチップ２７からは電子が放出さ
れ、カソード電極ライン２２とアノードである上部基板
２８との間に印加された電圧によって電子は加速され、
蛍光面２９の蛍光体と衝突して可視光を放出し、画像を
形成するものである。

【００１２】しかしながら、上述した図６に示す電子放
出源は、次の問題点を有する。その第１は、マイクロチ
ップ２７、特にその尖端を均一に製造することの困難性
である。この部分の形状が不均質であると、放出される
電子、すなわち電流量が各画素で不均一となり、ディス
プレイ装置のパネル基板上の光輝点も不均一なものとな
り、画像品質が劣化する。

【００１３】第２に、高真空領域に残存するガスがイオ
ン化し、マイクロチップ２７をスパッタリングすること
により、マイクロチップ２７の尖端形状が経時変化で劣
化しやすく、放出電子量が減少するという問題がある。

【００１４】第３に、マイクロチップ２７から放出され
る電子の飛行方向が、基板にたてた垂線に対し±３０°
程度の範囲で広がるため、蛍光ストライプ面の発光領域
も拡大する。これはディスプレイ装置の高精細化の点で
不利である。

【００１５】第４は、製造プロセス上の問題である。マ
イクロチップ２７は、通常、ゲート電極ライン上にリフ
トオフ層を成膜し、Ｍｏ等の高融点金属を真空蒸着して
形成される。この後、リフトオフ層上にも堆積したＭｏ
等の高融点金属をリフトオフで除去するが、このとき剥
離した金属片が、狭い孔２６内に付着して短絡を発生す
る可能性が高く、製造のスループットが低下する。

【００１６】そこで、これらの問題点を回避するため、
平面の電子放出面を用いた電子放出源が特開平８−５５
５６４号公報に提案されている。図８はその要部概略断
面図であるが、図６の電子放出源と同様の機能を有する
部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

【００１７】即ち、基板２１上にダイヤモンド等の低仕
事関数の物質層３２及び金属等の導電性接触層３３が形
成されている。導電性接触層３３は、低仕事関数物質層
３２から二酸化珪素等の絶縁層２３に電子が注入される
ことによる絶縁破壊を防止する機能を有し、必要に応じ
て形成される。こうした機能により、開口２６の底部に
存在する平面状の低仕事関数物質層３２の表面から、電
子が効率的に放出されるようにしている。

【００１８】更に、平面状の電子放出面を用いた別の電
子放出源が特開平８−１１５６５４号公報に提案されて
いる。図９はその要部概略断面図であるが、図６の電子
放出源と同様の機能を有する部分には同一の符号を付
し、その説明は省略する。

【００１９】即ち、開口２６の底部にプラズマ等のダメ
ージに曝されずに形成した低仕事関数の物質層３２の表
面から、電子が効率的に放出されるように構成したもの
である。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の検討によると、図８に示す構造の電子放出源は、低
仕事関数物質層３２を形成した後に、その上部構造であ
る二酸化珪素等の絶縁層２３等を形成しなければならな
いという工程上の問題がある。即ち、低仕事関数物質層
３２上にスパッタリングやプラズマＣＶＤ法により二酸
化珪素等の絶縁層２３等を形成すると、低仕事関数物質
層３２の表面がプラズマに曝され、ダメージを受ける。
また、開口２６を形成する際にも、低仕事関数物質層３
２の表面がＲＩＥ（Reactive Ion Etching) によるプラ
ズマに曝され、ダメージを受ける。

【００２１】このため、低仕事関数物質層３２が持つ本
来の電子放出能力が充分に発揮されない。また、高輝度
のために必要とされる放出電子密度が得られたとして
も、ゲート電極ライン２４と低仕事関数物質層３２との
間に印加する電圧が比較的高くなり、絶縁破壊が懸念さ
れる等の問題点を有する。

【００２２】図９に示す構造の電子放出源は、低仕事関
数物質層３２の表面がカソード電極ライン２２の表面よ
り段差３１の分だけ基板２１側に位置するので、低仕事
関数物質層３２の表面がカソード電極ライン２２の表面
よりゲート電極ライン２４側か或いは同じ位置にある場
合と比較して、低仕事関数物質層３２の表面での電界強
度が小さくなる。従って、駆動電圧が少し高くなる。

【００２３】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みて成されたものであって、その目的は、駆動電圧が低
く、電子ビームの拡がりが小さく、しかも長寿命であ
り、効率がよく、短絡箇所がなく或いは少ない電子放出
源及びその製造方法を提供することにある。

【００２４】また、本発明の他の目的は、かかる電子放
出源を用いた、低電圧駆動が可能であって、高精細であ
り、製造歩留りが高く、寿命も長く、効率のよいディス
プレイ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】即ち、本発明の電子放出
源は、基体上に、カソード電極ラインと、絶縁層と、前
記カソード電極ラインに交差するゲート電極ラインとが
この順に形成されていて、前記ゲート電極ラインと前記
カソード電極ラインとが交差する領域において、前記ゲ
ート電極ライン及び前記絶縁層を通して前記カソード電
極ラインに達し、このカソード電極ラインの表面よりも
深い略円形又はスリット状等の微細孔を有する電子放出
源であって、前記微細孔の底部に微小な凹凸を有し、前
記微小な凹凸が電子放出物質からなる膜で被覆され、前
記膜の表面は、前記カソード電極ラインの表面より前記
基体側に位置することを特徴とするものである。

【００２６】また、本発明の電子放出源の製造方法は、
基体上にカソード電極ラインを形成する工程と、前記基
体及び前記カソード電極ラインを被覆する絶縁層を形成
する工程と、前記絶縁層上に前記カソード電極ラインと
交差するゲート電極ラインを形成する工程と、前記カソ
ード電極ラインと前記ゲート電極ラインとが交差する領
域において、前記ゲート電極ライン及び絶縁層を貫通し
て前記カソード電極ラインに達し、このカソード電極ラ
インの表面よりも深い略円形又はスリット状等の微細孔
を形成する工程と、前記微細孔の底部に、微小な凹凸を
形成する工程と、前記微細孔の底部に、前記カソード電
極ラインの表面より前記基体側に表面が位置し、前記微
小な凹凸を被覆する電子放出物質からなる膜を形成する
工程とを有することを特徴とするものである。

【００２７】また、本発明のディスプレイ装置は、基体
上に、カソード電極ラインと、絶縁層と、前記カソード
電極ラインに交差するゲート電極ラインとがこの順に形
成されていて、前記ゲート電極ラインと前記カソード電
極ラインとが交差する領域において、前記ゲート電極ラ
イン及び前記絶縁層を通して前記カソード電極ラインに
達し、このカソード電極ラインの表面よりも深い略円形
又はスリット状等の微細孔を有する電子放出源であっ
て、前記微細孔の底部に微小な凹凸を有し、前記微小な
凹凸が電子放出物質からなる膜で被覆され、前記膜の表
面は、前記カソード電極ラインの表面より前記基体側に
位置するように構成された電子放出源と；この電子放出
源と対向する位置に配された蛍光面と；を有し、前記電
子放出源の冷陰極から放出される電子により前記蛍光面
を発光させるように構成されたことを特徴とするもので
ある。

【００２８】本発明の電子放出源及びディスプレイ装置
によれば、カーボン膜等の電子放出物質の膜が、カソー
ド電極ラインの表面より基体側の位置（即ち、凹んだ位
置）に表面を有し、かつ微細孔の底部の微小な凹凸を被
覆して設けられているので、微細孔の底面の端部より、
中心部付近に存在する凸部の膜表面に最大強度の電界が
印加される。換言すれば、電界放出電流は、微細孔底面
の端部より、中心部付近の凸部で最大となり、主として
この位置で電子放出が生じるので、従来構造のものと比
較して低い駆動電圧で効率良く電子放出を実現すること
ができる。

【００２９】このように、主たる電子放出が発生する膜
の位置は、微細孔の底部端面から離間しているので、電
子ビームの拡がりが小さく、電子はゲート電極ラインに
入射することなく、アノード電極ライン上に効率よく入
射し、高精細化が可能である。同様に、放出された電子
は絶縁層に入射することがないので、絶縁層のチャージ
アップによる異常放電等の事故もない。

【００３０】この場合、微細孔の底部の周縁部では、カ
ソード電極ラインに段差が発生しているので、等電位面
は大きく曲がっており、微細孔の底部の周縁部から放出
される電子は、ゲート電極ライン表面の垂直方向からず
れた軌道を描き、アノード電極ラインに対しミスランデ
ィングする可能性がある。しかしながら、微細孔の底部
の周縁部の電界強度は、中心部付近の電界強度と比較し
て充分に小さいので、周縁部では電子は放出されないか
或いは放出されたとしても非常に低い電子密度であるの
で、実用上の影響は無視できる程度である。

【００３１】また、本発明の電子放出源の製造方法によ
れば、カーボン膜等の電子放出物質の膜は絶縁層の形成
後、しかも微細孔の形成後に成膜されるので、成膜後に
プラズマやイオンのダメージを受けることはないので、
材料本来が有する電子放出性の高さを十二分に利用する
ことができる。また、成膜は通常の成膜法で容易に行
え、剥離片による短絡などの不所望な現象が生じること
がなく、不良率を減少させ、作製工程も減らすことがで
きる。さらに、電子放出素子としての稼働時には、真空
領域に残存するガスによるスパッタリングを受けても、
従来のマイクロチップの尖端のように形状変化すること
は少ない。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明においては、上記した作用
効果を実現する上で、前記微細孔における前記カソード
電極ラインの表面に前記微小な凹凸が存在し、この凹凸
に追随して前記膜の表面に微小な凹凸が形成されている
ことが望ましい。或いは、前記膜の表面に前記微小な凹
凸が存在している場合、前記カソード電極ラインの表面
は平坦であっても、前記膜に適切な方法で凹凸加工する
ことができる。いずれの場合も、前記膜の厚みは１０〜
１００ｎｍ、前記微小な凹凸の粗さは平均表面粗さ（Ｒ
ａ）で１０〜１００ｎｍとするのがよい。

【００３３】また、前記膜はカーボン膜、特にダイヤモ
ンド状炭素膜又はアモルファスカーボン膜であるのがよ
く、炭素を主体とするターゲット基板にレーザ光、電
子、イオン等を照射して成膜した薄膜、或いは炭素イオ
ンを用いて成膜した薄膜であるのがよい。

【００３４】このように薄膜をダイヤモンド状炭素膜又
はアモルファスカーボン膜で形成すると、５０Ｖ／μｍ
程度又はそれ以下の低電界強度であっても、高輝度のデ
ィスプレイ装置として必要な電子密度をカーボン薄膜か
ら取り出すことができる。すなわち、絶縁層の厚さを１
μｍ程度に設定にすれば、カソード電極ラインとゲート
電極ラインとの間に印加する駆動電圧は数十Ｖ以下の低
電圧ですむ。

【００３５】なお、前記微細孔は、実際には、前記ゲー
ト電極ライン及び前記絶縁層を貫通して前記カソード電
極ラインの厚さの中途の深さ（特にその全厚の１／１０
〜９／１０の深さ）まで形成されるのがよい。

【００３６】以下、本発明の好ましい実施の形態を図面
の参照下に説明する。

【００３７】＜第１の実施の形態＞まず、本発明の第１
の実施の形態を図１及び図２について説明する（図１は
電子放出源の概略断面図であり、図２は電子放出源の概
略平面図である）。

【００３８】図１及び図２に示すように、電子放出源１
０は、例えばガラス材よりなる下部基板１の表面上に帯
状の複数本のカソード電極ライン２が形成され、これら
のカソード電極ライン２の上に絶縁層３が成膜されてい
て、更にその上に各カソード電極ライン２と交差して帯
状に複数本のゲート電極ライン４が形成され、カソード
電極ライン２とゲート電極ライン４とでマトリクス構造
を構成している。各カソード電極ライン２及び各ゲート
電極ライン４は制御手段１５にそれぞれ接続されて駆動
制御される。

【００３９】カソード電極ライン２とゲート電極ライン
４との各交差領域においては、ゲート電極ライン４及び
絶縁層３を貫通し、更にカソード電極ライン２の厚さの
中途の深さまで、多数の略円形の微細孔５が形成されて
いる。

【００４０】この微細孔５の底面には平均表面粗さ（Ｒ
ａ）が１０〜１００ｎｍの微小な凹凸が存在し、この上
を被覆して厚さ１０〜１００ｎｍのカーボン膜７が形成
されている。カーボン膜７の表面は、カソード電極ライ
ン２の表面の前記の微小な凹凸に追随して、平均表面粗
さ（Ｒａ）が１０〜１００ｎｍの微小な凹凸が存在して
いる。しかも、カーボン膜７の表面は、カソード電極ラ
イン２の表面よりも５０〜２００ｎｍだけ下部基板１側
に位置している。

【００４１】カーボン膜７は、ダイヤモンド状炭素又は
アモルファスカーボン膜である。

【００４２】本実施の形態による電子放出源１０を用い
たディスプレイ装置の構成とその表示動作は、図６を参
照して説明した従来例とは、電子放出源の冷陰極の構造
においてのみ異なるものであって、その他の構成と動作
は従来例と同一である。

【００４３】即ち、制御手段１５により所定のカソード
電極ライン２とゲート電極ライン４を選択し、これらの
間に所定の電圧を印加することにより、カソード電極ラ
イン２とゲート電極ライン４との交差領域、即ち、画素
領域内のカーボン膜７とゲート部４ａとの間に所定の電
界が生じ、孔５内のカーボン膜７からトンネル効果によ
って電子が放出される。

【００４４】このディスプレイ装置においては、画像を
構成する所定の画素領域の電子放出源１０について、そ
の電子放出源１０と一致する交差領域を有するカソード
電極ライン２とゲート電極ライン４とを制御手段１５に
よって選択し、所定の電圧を印加する。これにより、こ
の電子放出源１０は励起し、その電子放出源１０の孔５
内のカーボン膜７からは電子が放出され、更にカソード
電極ライン２とアノードである上部基板２８との間に印
加された電圧によって電子は加速され、蛍光面２９の蛍
光体と衝突して可視光を放出し、画像を形成するもので
ある。

【００４５】上述した電子放出源１０の構成によると、
ゲート電極ライン４、絶縁層３及びカソード電極ライン
２の厚さ方向の一部を貫通して形成された多数の微細孔
５の中に、微小な凹凸を被覆してダイヤモンド状炭素膜
７（又はアモルファスカーボン膜）からなる冷陰極が形
成されているので、低電圧駆動が可能となる。

【００４６】また、ダイヤモンド状炭素膜又はアモルフ
ァスカーボン膜はスパッタリングされにくいため安定な
エミションを長い時間維持できる。

【００４７】そして、電子放出源の構造が単純であるた
め、大型の極薄型ディスプレイ装置を構成することがで
きる。

【００４８】次に、電子放出源の製造方法を図１につい
て説明する。

【００４９】まず、ガラス等よりなる下部基板１上にニ
オビウム、モリブデン又はクロム等を材料として厚さ約
３００ｎｍ程度の導体膜を成膜する。その後、写真製版
法及び反応性イオンエッチング法によりこの導体膜をラ
イン形状に加工して、カソード電極ライン２を形成す
る。

【００５０】次に、例えば二酸化珪素をスパッタリング
又は化学蒸着法により下部基板１とカソード電極ライン
２の露出部の上に成膜して、厚さ１μｍの絶縁層３を形
成し、更に絶縁層３上に、例えばニオビウム又はモリブ
デンのゲート電極材料を成膜する。その後、写真製版法
及び反応性イオンエッチング法によりこの導体膜をカソ
ード電極ライン２と交差するライン状に形成して、厚さ
２００ｎｍ程度のゲート電極ライン４を構成する。

【００５１】次に、ゲート電極ライン４、絶縁層３及び
カソード電極ライン２の厚さ方向の一部を貫通する円形
の微細孔５（図３においては、スリット状の微細孔６）
を写真製版法及びプラズマエッチング法により等方的に
エッチングして形成する。このエッチングで、微細孔５
内のカソード電極ライン２の表面は２００ｎｍの段差を
以って凹状に加工される。そして、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）などにより、微細孔５の底部をエッチン
グし、平均表面粗さ（Ｒａ）が５０ｎｍの微小な凹凸面
とする。

【００５２】次に、炭素を主体とするターゲット基板に
レーザー光、電子、イオン等を照射して、レーザアブレ
ーション法、スパッタリング法等で成膜したり、炭素イ
オンを用いた成膜法であるＦＣＶＡ（Filtered Cathodi
c Vacuum Arc) 法で成膜することによって、冷陰極薄膜
であるカーボン膜７を、円形の微細孔５（図３において
は、スリット状の微細孔６）の中に厚さ５０ｎｍに形成
して、電子放出源１０（図３においては、電子放出源１
１）を構成する。この成膜時にゲート電極ライン４上に
付着した成膜材料は、そのまま残す（但し、図面では図
示省略した）。このカーボン膜７の表面はカソード電極
ライン４の表面より１００ｎｍだけ基板１側に位置させ
る。

【００５３】＜第２の実施の形態＞本発明の第２の実施
の形態は、図３及び図４に示すように、第１の実施の形
態における電子放出源１０の微細孔５の形状をスリット
状の微細孔６にして電子放出源１１を構成したことにお
いてのみ異なり、また、これを用いたディスプレイ装置
の構成と表示動作も第１の実施の形態で述べたことと同
一であり、その構成と動作についてのここでの説明は省
略する。

【００５４】このように、微細孔をスリット状孔６にし
たことにより、第１の実施の形態で得られる効果の他
に、次の効果が得られる。即ち、冷陰極のカーボン膜７
の表面での電界強度は円形孔５の場合とほとんど等しい
ので、冷陰極は略同一の電圧で駆動できる上に、円形孔
５に比較してスリット状孔６によるエミッション領域が
大きいので、同一の電圧で駆動しても、より大きな電流
密度を得ることができる。このようにスリット状孔６を
有する冷陰極は、低い電圧の印加で、より大きな放出電
流を獲得することが可能となるものである。

【００５５】＜第３の実施の形態＞本発明の第３の実施
の形態による電子放出源は、カソード電極ライン２を、
材料又は膜質の異なる複数層（ここでは２層）で形成し
たものであり、このカソード電極ライン２以外の構造は
第１又は第２の実施の形態に準じた構造を有する。従っ
て、本実施の形態の特徴部分のみを説明し、重複する説
明は省略する。

【００５６】図５は、第３の実施の形態による電子放出
源の単位素子の概略断面図を示す。図５において、カソ
ード電極ライン２は上層カソード電極ライン２０１と下
層カソード電極ライン２０２の２層で構成されている。
各層の厚さは上層カソード電極ライン２０１が２００ｎ
ｍ程度で下層カソード電極ライン２０２が１００ｎｍ程
度である。円形又はスリット形状の微細孔５又は６は、
ゲート電極ライン４、絶縁層３及び上層カソード電極ラ
イン２０１を貫通して形成されている。更に、下層カソ
ード電極ライン２０２の表面に例えば上述したエッチン
グによって上述したと同様の微小な凹凸を形成する。そ
して、上述したと同様のカーボン膜７を下層カソード電
極ライン２０２の凹凸表面に形成し、その表面は上層カ
ソード電極ライン２０１の表面より１００ｎｍだけ基板
１側に位置させる。

【００５７】このような、積層カソード電極ラインの材
料の組み合せとしては、上、下の層がエッチング特性
（材料や膜質など）の異なる組み合せが好ましい。即
ち、異種の金属材料、例えばＮｂとＣｒとの組み合せ
や、金属材料とその化合物の組み合せ、例えばＷとＷＳ
ｉ₂ 等が可能である。また、膜質の異なる材料の組み合
せとしては、多結晶膜と非晶質膜の組み合せ等が可能で
ある。

【００５８】かかる電子放出源構造により、上層カソー
ド電極ライン２０１への開口形成を、下層カソード電極
ライン２０２に対し、選択比の良いエッチングにより行
うことが可能となる。従って、カソード電極ライン２と
カーボン膜７の表面との段差を、電子放出源の全面に亘
って均一に制御することができる。

【００５９】この結果、電子放出源の広い範囲に亘って
均一な電界強度をカーボン膜７の表面近傍に形成するこ
とができ、均一な放出電流密度を得ることができる。そ
の他の構成や効果は、第１又は第２の実施の形態と同様
である。

【００６０】なお、本実施の形態において、カソード電
極ライン２を３層以上の積層膜に形成してもよい。

【００６１】以上に述べた本発明の実施の形態は本発明
の技術的思想に基いて更に変形が可能である。

【００６２】例えば、上述した膜７とカソード電極ライ
ン２の表面との段差、又は膜７の厚み、膜７の表面の凹
凸の大きさ等は、本発明の目的が達成される範囲内で様
々に変化させることができる。また、こうした膜７を含
む電子放出源の作製方法や各部の材質、形状等も種々変
更できる。

【００６３】材質については、例えば図５の例において
は膜７と膜２０２とを共に同一材料又は同一材質で形成
することも可能であり、例えば共にアモルファスダイヤ
モンド等の仕事関数の小さい抵抗体で形成してもよい。

【００６４】電子放出源の層構成やパターンについて
も、例えば上述の微細孔の形状や配置、カソード電極ラ
イン及びゲート電極ラインの配置やパターンも種々変更
してよい。

【００６５】電子放出膜７等の成膜方法は種々変化させ
てよい。成膜方法には、上述したレーザアブレーション
法（レーザ光照射によるエッチング現象を利用した堆積
法：ダイヤモンド薄膜の場合はターゲットはグラファイ
トが使用可能）、スパッタ法（例えばＡｒガスを用いた
スパッタリング：ダイヤモンド薄膜の場合はターゲット
はグラファイトが使用可能）、ＣＶＤ、真空蒸着法（物
理蒸着法）等がある。

【００６６】また、上述した段差の形成方法や形成段階
は上述したものに限られることはなく、例えば微細孔５
を形成する以前に、予め対応する位置をエッチングして
形成することができる。

【００６７】また、上述した電子放出源は、ＦＥＤ（Fi
eld Emission Display: 電界放出型ディスプレイ）に好
適であるが、対向する螢光面パネルの構造や各部のパタ
ーン及び材質等は上述したものに限られず、また、その
作製方法も種々採用できる。

【００６８】なお、上述した電子放出源の用途は、ＦＥ
Ｄ又はそれ以外のディスプレイ装置に限定されることは
なく、真空管（即ち、カソードから放出される電子流を
ゲート電極（グリッド）によって制御し、増幅又は整流
する電子管）に使用したり、或いは、カソードから放出
される電子を信号電流として取り出すための回路素子
（これは、上述したＦＥＤの螢光面パネルに光電変換素
子を取付け、螢光面パネルの発光パターンを光電変換素
子で電気信号に変換する光通信用の素子も含まれる。）
等にも応用可能である。

【００６９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ゲート電極ライン及び絶縁層を貫通してカソード電
極ラインに達し、カソード電極ラインの表面よりも深い
微細孔の中に冷陰極薄膜を形成することにより電子放出
源を構成しているので、冷陰極となるダイヤモンド状炭
素膜又はアモルファスカーボン膜等は低電界でエミッシ
ョンが得られるため、低電圧駆動が可能である。特に、
冷陰極薄膜が微細孔の底部の微小な凹凸を被覆して設け
られているので、微細孔の底面の端部より、中心部付近
に存在する凸部の膜表面に最大強度の電界が印加され、
主としてこの位置で電子放出が生じるので、従来構造の
ものと比較して低い駆動電圧で効率良く電子放出を実現
することができる。

【００７０】このように、主たる電子放出が発生する膜
の位置は、微細孔の底部端面から離間しているので、電
子ビームの拡がりが小さく、電子はゲート電極ラインに
入射することなく、アノード電極ライン上に効率よく入
射し、高精細化が可能である。同様に、放出された電子
は絶縁層に入射することがないので、絶縁層のチャージ
アップによる異常放電等の事故もない。

【００７１】また、カーボン膜等の電子放出物質の膜は
絶縁層の形成後、しかも微細孔の形成後に成膜されるの
で、成膜後にプラズマやイオンのダメージを受けること
はないので、材料本来が有する電子放出性の高さを十二
分に利用することができる。また、成膜は通常の成膜法
で容易に行え、剥離片による短絡などの不所望な現象が
生じることがなく、不良率を減少させ、作製工程も減ら
すことができる。さらに、電子放出素子としての稼働時
には、真空領域に残存するガスによるスパッタリングを
受けても、従来のマイクロチップの尖端のように形状変
化することは少なく、ダイヤモンド状炭素膜やアモルフ
ァスカーボン膜ではスパッタリングされにくいため、安
定なエミッションを長時間維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による電子放出源の
要部の断面図である。

【図２】同、電子放出源の要部の平面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態による電子放出源の
要部の断面図である。

【図４】同、電子放出源の要部の平面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態による電子放出源の
単位素子の概略断面図である。

【図６】従来の電子放出源の要部の断面図である。

【図７】電子放出源を用いたディスプレイ装置の構成の
一部を示す斜視図である。

【図８】従来の他の電子放出源の単位素子の概略断面図
である。

【図９】従来の更に他の電子放出源の要部の断面図であ
る。

【符号の説明】

１、２１…下部基板、２、２２…カソード電極ライン、
２０１…上層カソード電極ライン、２０２…下層カソー
ド電極ライン、３、２３…絶縁層、４、２４…ゲート電
極ライン、４ａ、２４ａ…ゲート部、５、６、２６…微
細孔、７…カーボン膜、１０、１１、１２…電子放出
源、１５、２５…制御手段、２０…ディスプレイ装置、
２７…マイクロチップ、２８…上部基板、２９…蛍光
面、３２…低仕事関数の物質層、３３…導電性接触層

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に、カソード電極ラインと、絶縁
   層と、前記カソード電極ラインに交差するゲート電極ラ
   インとがこの順に形成されていて、 前記ゲート電極ラインと前記カソード電極ラインとが交
   差する領域において、前記ゲート電極ライン及び前記絶
   縁層を通して前記カソード電極ラインに達し、このカソ
   ード電極ラインの表面よりも深い微細孔を有する電子放
   出源であって、 前記微細孔の底部に微小な凹凸を有し、 前記微小な凹凸が電子放出物質からなる膜で被覆され、 前記膜の表面は、前記カソード電極ラインの表面より前
   記基体側に位置することを特徴とする電子放出源。
2. 【請求項２】 前記微細孔における前記カソード電極ラ
   インの表面に前記微小な凹凸が存在し、この凹凸に追随
   して前記膜の表面に微小な凹凸が形成されている、請求
   項１に記載の電子放出源。
3. 【請求項３】 前記膜の表面に前記微小な凹凸が存在し
   ている、請求項１に記載の電子放出源。
4. 【請求項４】 前記膜がカーボン膜である、請求項１に
   記載の電子放出源。
5. 【請求項５】 前記カーボン膜がダイヤモンド状炭素膜
   又はアモルファスカーボン膜である、請求項４に記載の
   電子放出源。
6. 【請求項６】 前記カーボン膜が、炭素を主体とするタ
   ーゲット基板にレーザ光、電子、イオン等を照射して成
   膜した薄膜である、請求項５に記載の電子放出源。
7. 【請求項７】 前記カーボン膜が、炭素イオンを用いて
   成膜した薄膜である、請求項５に記載の電子放出源。
8. 【請求項８】 前記微細孔が略円形又はスリット状であ
   る、請求項１に記載の電子放出源。
9. 【請求項９】 基体上にカソード電極ラインを形成する
   工程と、 前記基体及び前記カソード電極ラインを被覆する絶縁層
   を形成する工程と、 前記絶縁層上に前記カソード電極ラインと交差するゲー
   ト電極ラインを形成する工程と、 前記カソード電極ラインと前記ゲート電極ラインとが交
   差する領域において、前記ゲート電極ライン及び絶縁層
   を貫通して前記カソード電極ラインに達し、このカソー
   ド電極ラインの表面よりも深い微細孔を形成する工程
   と、 前記微細孔の底部に微小な凹凸を形成する工程と、 前記微細孔の底部に、前記カソード電極ラインの表面よ
   り前記基体側に表面が位置し、前記微小な凹凸を被覆す
   る電子放出物質からなる膜を形成する工程とを有するこ
   とを特徴とする、電子放出源の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記膜をカーボン膜で形成する、請求
    項９に記載の電子放出源の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記カーボン膜をダイヤモンド状炭素
    膜又はアモルファスカーボン膜で形成する、請求項１０
    に記載の電子放出源の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記カーボン膜を、炭素を主体とする
    ターゲット基板にレーザ光、電子、イオン等を照射して
    成膜する、請求項１１に記載の電子放出源の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記カーボン膜を、炭素イオンを用い
    て成膜する、請求項１１に記載の電子放出源の製造方
    法。
14. 【請求項１４】 前記微細孔を略円形又はスリット状に
    形成する、請求項９に記載の電子放出源の製造方法。
15. 【請求項１５】 基体上に、カソード電極ラインと、絶
    縁層と、前記カソード電極ラインに交差するゲート電極
    ラインとがこの順に形成されていて、 前記ゲート電極ラインと前記カソード電極ラインとが交
    差する領域において、前記ゲート電極ライン及び前記絶
    縁層を通して前記カソード電極ラインに達し、このカソ
    ード電極ラインの表面よりも深い微細孔を有する電子放
    出源であって、 前記微細孔の底部に微小な凹凸を有し、 前記微小な凹凸が電子放出物質からなる膜で被覆され、 前記膜の表面は、前記カソード電極ラインの表面より前
    記基体側に位置するように構成された電子放出源と；こ
    の電子放出源と対向する位置に配された蛍光面と；を有
    し、前記電子放出源の冷陰極から放出される電子により
    前記蛍光面を発光させるように構成されたことを特徴と
    するディスプレイ装置。
16. 【請求項１６】 前記微細孔における前記カソード電極
    ラインの表面に前記微小な凹凸が存在し、この凹凸に追
    随して前記膜の表面に微小な凹凸が形成されている、請
    求項１５に記載のディスプレイ装置。
17. 【請求項１７】 前記膜の表面に前記微小な凹凸が存在
    している、請求項１５に記載のディスプレイ装置。
18. 【請求項１８】 前記膜がカーボン膜である、請求項１
    ５に記載のディスプレイ装置。
19. 【請求項１９】 前記カーボン膜がダイヤモンド状炭素
    膜又はアモルファスカーボン膜である、請求項１８に記
    載のディスプレイ装置。
20. 【請求項２０】 前記カーボン膜が、炭素を主体とする
    ターゲット基板にレーザ光、電子、イオン等を照射して
    成膜した薄膜である、請求項１９に記載のディスプレイ
    装置。
21. 【請求項２１】 前記カーボン膜が、炭素イオンを用い
    て成膜した薄膜である、請求項１９に記載のディスプレ
    イ装置。
22. 【請求項２２】 前記微細孔が略円形又はスリット状で
    ある、請求項１５に記載のディスプレイ装置。