JP2001006525A - 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】 （修正有） 【課題】低電圧駆動、高効率、均一な電流量、電極間の
短絡防止、長寿命、製造歩留向上などを実現できる電子
放出源、その製造方法、ならびに同電子放出源を用いた
ディスプレイ装置を提供する。 【解決手段】下部基板１１の表面上に帯状の複数本のカ
ソード電極ライン１３を形成し、その上に絶縁層１４を
成膜し、更にその上にカソード電極ラインと交差して帯
状に複数本のゲート電極ライン１５が形成されており、
両電極ラインの交差領域にゲート電極ライン、絶縁層を
貫通してカソード電極ラインの表面に達する略円形又は
スリット形状の微細孔１７を形成し、微細孔内にカソー
ド電極ラインの面上に電子放出部１６として縦断面が台
形状の突出部１６１を設け、その上面に微小な凹凸を形
成し、その上に炭素薄膜１６ａを形成し、その表面を絶
縁層の表面よりカソード電極ライン側に位置させる。

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、画面の内側の箇所にパネル状の電子放出源
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】この電子放出源では、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の上記ゲート電極ラインとの各交差
領域がそれぞれディスプレイ装置における画素に対応
し、これらの領域に上記マイクロチップが配設されてい
る。

【０００４】図面に基づいて具体的に説明すると、従来
の電子放出源１００は、図１５に示すように、例えばガ
ラス材料よりなる下部基板１０１の表面に帯状の複数本
のカソード電極ライン１０３が形成されている。これら
のカソード電極ライン１０３上には各接続部１０３ａを
除いて絶縁層１０４が成膜され、その上に各カソード電
極ライン１０３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１０５が形成されている。各カソード電
極ライン１０３の接続端部１０３ａ及び各ゲート電極ラ
イン１０５の接続端部１０５ａは制御手段１０９にそれ
ぞれ接続されている。

【０００５】各カソード電極ライン１０３の各ゲートラ
イン１０５との各交差領域には、ゲート電極ライン１０
５と絶縁層１０４とを貫通してカソード電極ライン１０
３の表面に至る多数の微細孔１７が形成され、これらの
微細孔１７内に円錐体状のマイクロチップ１０６が突設
されている。これらのマイクロチップ１０６は、例えば
モリブデンなどの電子放出材料よりなり、ほぼ円錘体に
形成され、それぞれカソード電極ライン１０３上に配さ
れている。そして、カソード電極ライン１０３とゲート
電極ライン１０５との各交差領域には、上記多数のマイ
クロチップ１０６を含む画素領域が形成され、個々の画
素領域がディスプレイ装置の１つの画素（ピクセル）に
対応している。

【０００６】この電子放出源１００において、制御手段
１０９により所定のカソード電極ライン１０３およびゲ
ート電極ライン１０５を選択してこれらの間に所定の電
圧をかけると、対応する画素領域内の各マイクロチップ
１０６に所定の電圧が印加され、各マイクロチップ１０
６の先端からトンネル効果によって電子が放出される。
なお、この所定電圧は、各マイクロチップ１０６がモリ
ブデンの場合、各マイクロチップ１０６の円錘体の先端
部付近の電界の強さがおおむね１０⁸ 〜１０¹⁰Ｖ／ｍ程
となる程度の値である。

【０００７】この電子放出源１００をディスプレイ装置
に用いる場合には、ゲート電極ライン１０５との間に間
隔をおいて設けた透明な上部基板（図示せず）を電子放
出源１００に対して組み合わせる。上部基板の下面には
帯状のアノード電極ラインとアノード電極ライン上の蛍
光ストライプとが形成されている。アノード電極ライン
は、ＩＴＯ（Induim Tin Oxide) などの透明導電材料か
らなり、その接続端部において制御手段１０９に接続さ
れている。上部基板と下部基板１０１の間の空間は高真
空領域となっている。

【０００８】このようなディスプレイ装置において、所
定の画素領域を励起することによって各マイクロチップ
１０６から放出された電子は、制御手段１０９によりカ
ソード電極ライン１０３と上記アノード電極ライン間に
印加された電圧によって加速され、ゲート電極ライン１
０５とアノード電極ライン間の高真空領域を通って上記
蛍光ストライプに到達する。そして、電子の入射箇所に
おいて蛍光ストライプから可視光が発せられ、この可視
光が、透明なアノード電極ラインや上部基板を通して観
察されることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記電子放出
源には次のような問題点がある。第１に、マイクロチッ
プ１０６は、特にその先端部をマイクロチップ１０６間
で均一に製造することが困難である。マイクロチップ１
０６の形状がマイクロチップ１０６ごとに異なると、各
マイクロチップ１０６から放出される電子の量すなわち
電流量が画素内および画素ごとに変化してしまい、ディ
スプレイ装置の上部基板上に形成される光輝点が不均質
となって、画像品質が劣化する。

【００１０】また、もし前記開口の径がばらつくとマイ
クロチップの高さがばらつくことになる。即ち、ゲート
電極の開口の縁とマイクロチップ先端との位置関係が変
わることになり、このことは各マイクロチップから放出
される電子の量が画素内でも画素間でも変化してしま
い、ディスプレイ装置の上部基板上に形成される光輝点
が不均質となって、画像品質が劣化する。

【００１１】第２に、下部基板１０１と上部基板との間
の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１０６をスパッタリングすることにより、マイクロ
チップ１０６の先端形状が経時的に劣化しやすく、電流
量が減少する。

【００１２】第３に、マイクロチップ１０６から放出さ
れる電子の飛翔方向は、カソード面垂直な方向に対して
±３０度程度の範囲に拡がっているため、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の高精
細化において不利である。

【００１３】第４は、製造工程上の問題である。マイク
ロチップ１０６は通常、ゲート電極ライン１０５上にリ
フトオフスペーサを残して、モリブデンなどの高融点金
属を真空蒸着することで形成される。真空蒸着法の特性
であるステップカバレッジの悪さを逆に利用することに
より、円錐形のマイクロチップ１０６がセルフアライン
で形成される。その後、リフトオフスペーサ上にも堆積
したモリブデンなどの高融点金属をリフトオフで除去す
る。しかし、このとき剥離した金属片が微細孔内に入り
込み、マイクロチップ１０６とゲート電極ライン１０５
とが短絡され、従って、カソード電極ライン１０３とゲ
ート電極ライン１０５とが短絡してしまうことがあり、
その結果、製造歩留まりが低下する。

【００１４】また、マイクロチップ１０６からの電子放
出を低電圧で生じさせるには開口１７の径を例えば０．
５μｍ以下に小さくしなければならず、そのパターンを
形成するには縮小露光装置（ステッパ）を使用しなけれ
ばならないほどである。

【００１５】これらの問題を回避すべく特開平８−５５
５６４号公報には、電子放出面を用いた電子放出源が開
示されている。この従来技術では、マイクロチップ１０
６に関わる上記問題は回避することができる。

【００１６】しかし、この技術ではカソード電極ライン
１０３とゲート電極ライン１０５との間の距離が、マイ
クロチップ１０６を用いた場合より長くなり、したがっ
て、ディスプレイ装置において高輝度を得るために充分
な電流量を確保しようとすると、上記電極間に高い電圧
を印加する必要があり、絶縁破壊が懸念されるなどの新
たな問題が発生する。

【００１７】本発明は、このような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、その目的とするところは、
低い電圧で駆動でき、電流量が均一であるとともに電子
ビームの拡がりが少なく、しかも長寿命であり、さらに
電極間の短絡の虞の少ない電子放出源とその製造方法、
ならびに同電子放出源を用いたディスプレイ装置を提供
することにある。

【００１８】

【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
極ラインに達する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縦断面が台形状の突出部を電子放出
部として有し、この突出部の表面が微小な凹凸を有し、
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、前記絶縁層の表面より前記カソード電
極ライン側に位置することを特徴とする。

【００１９】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する微細孔を形成する工
程と、前記微細孔の底部に縦断面が台形状で表面に微小
な凹凸を有する突出部を電子放出部として形成する工程
と、前記突出部の表面に、前記絶縁層の表面より前記カ
ソード電極ライン側に表面が位置し、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。

【００２０】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
達する微細孔を有する電子放出源であって、前記微細孔
の底部に縦断面が台形状の突出部を電子放出部として有
し、この突出部の表面が微小な凹凸を有し、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、前記絶縁層の表面より前記カソード電極ライン側
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及びアノード電極
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。

【００２１】本発明によれば、微細孔内のカソード電極
ライン上に縦断面が台形状の突出部が電子放出部として
形成されているので、電子放出面を用いた従来の電子放
出源に比べ、電子放出部とゲート電極ラインとの間の距
離が大幅に短縮し、従ってこれらの電極間に印加する電
圧を低くしても充分な電流量を確保することができる。
この電子放出部の表面に設ける電子放出物質として例え
ば炭素を用いた場合、数十Ｖ／μｍ程度もしくはそれ以
下の電界強度を電子放出部に印加すれば、ディスプレイ
装置として必要な電流量を確保することでき、そのた
め、カソード電極ラインとゲート電極ラインの間に印加
する電圧は数十Ｖ／μｍ以下で済み、低電圧駆動が可能
となる。

【００２２】さらに、前記突出部の表面に微小な凹凸が
形成されていて、電子放出部を形成する炭素などの薄膜
表面もこれを反映して微小な凹凸を形成し（或いは、薄
膜表面に微小な凹凸を加工し）、その結果、突出部の突
起先端部に電界が集中し、さらに低い印加電圧でも電界
放出を生じさせることができる。即ち、低電圧駆動が可
能であり、その結果、消費電力を抑えることができる。

【００２３】さらに、ゲート電極ラインの開口縁と突出
部の先端部の位置関係は、突出部の高さでのみ決定され
るので、突出部を均一に形成することが容易である。ま
た、主として電子放出が生じるのはゲ−ト電極ラインに
近い突出部上面の端部であり、ゲート電極ラインとの位
置関係は開口の大きさにそれほど依存しない。つまり、
開口の大きさがばらついても、電子放出量がばらつくこ
とが少ない。従って、画素内および画素によって電流量
がばらつくという問題が生じにくい。

【００２４】そして、マイクロチップの場合より、ゲー
ト電極ラインと電子放出部との間の距離を長くとること
ができるので、電極間の短絡は生じ難く、その結果、製
造歩留まりが向上する。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明においては、前記突出部の
表面に前記微小な凹凸が存在し、この凹凸に追従して前
記電子放出物質の膜の表面に、微小な凹凸が形成されて
いるのが好ましい。また、前記突出部の表面に形成され
る凹凸の粗さは、平均表面粗さ（Ｒａ）で１０〜１００
ｎｍとし、前記電子放出物質の膜厚は、１０〜１００ｎ
ｍとするのがよい。

【００２６】そして、前記膜がカーボン膜であり、さら
にこのカーボン膜は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ことが望ましい。

【００２７】成膜的には前記カーボン膜が、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り、また、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のがよい。

【００２８】なお、前記微細孔は略円形か、又はスリッ
ト状であることが望ましい。

【００２９】一方、前記カソード電極ラインは、相対的
に抵抗値の小さい電極本体と、この電極本体に重ねて延
設された相対的に抵抗値の大きい導体とからなり、前記
電極本体には、１カ所または複数箇所において部分的な
欠除領域が形成され、前記微細孔は前記欠除領域内に前
記欠除領域の縁部との間に間隔をおいて形成されている
ことが好ましい。

【００３０】さらに、前記電極本体の前記欠除領域は矩
形に形成されているのがよい。

【００３１】そして、前記電極本体に複数の前記欠除領
域が形成され、これらの複数の欠除領域はマトリクス状
に配列されているのがよい。

【００３２】なお、前記突出部の材料は前記カソード電
極ラインの材料とは異なっていることが望ましい。

【００３３】次に、本発明の製造方法としては、基本的
に前記の諸工程からなり（工程の順序は限定されるもの
ではなく、必要に応じて変更したり、或いは同時に複数
工程を行うこともできる。）その実施には種々のバリエ
ーションが採用できるが、たとえば、前記ゲート電極ラ
インを形成したのち、このゲート電極ライン上に金属な
どの犠牲層を蒸着又はスパッタリングなどにより形成
し、つづいて前記微細孔の底部に前記突出部を形成し、
この突出部の上面に前記微小な凹凸を形成し、しかるの
ち、前記犠牲層を酸又はアルカリ溶液などによりリフト
オフする、製造方法が好ましい。

【００３４】また、炭素固形物をアーク放電によってイ
オン化させ、炭素イオンおよび荷電炭素クラスターのい
ずれか一方または両者を、磁場によって屈曲した軌道に
沿って飛翔させて基板に入射せしめ、前記微細孔内の前
記突出部の微小な凸凹の上面に被着させて電子放出部を
形成するのがよい。

【００３５】或いは、レンズにより収束させたレーザー
光を真空中において炭素固形物のターゲット表面に入射
させて炭素イオン、中性炭素原子、ならびに炭素クラス
ターのいずれか１つまたは複数を前記ターゲットに対向
配置した基板に入射させ、前記微細孔内の前記突出部の
微小な凸凹の上面に被着させて電子放出部を形成するの
がよい。

【００３６】或いは、真空中にて炭素固形物に電子ビー
ムを照射して炭素を加熱蒸発させ、発生した炭素原子、
炭素イオンならびに炭素クラスターのいずれか１つまた
は複数を前記微細孔内の前記突出部の微小な凸凹の上面
に被着させて電子放出部を形成するのがよい。

【００３７】或いは、真空中にメタン、アセトン、アル
コール等の炭素源を導入し、これを加熱したフィラメン
トに接触させて加熱分解し、発生した炭素原子、炭素の
イオンならびに炭素クラスターを前記微細孔内の前記突
出部の微小な凸凹の上面に被着させて電子放出部を形成
するのがよい。

【００３８】また、本発明のディスプレイ装置として
は、前記の電子放出源以外は従来の機器構成を採用する
ことができる。

【００３９】また、基板上に、複数の帯状の前記カソー
ド電極ラインが側方に間隔をおいてほぼ同一方向に延設
され、複数の帯状の前記ゲート電極ラインが側方に間隔
をおき前記カソード電極ラインに交差して延設され、前
記両電極ラインが交差する箇所に前記微細孔が形成さ
れ、複数の帯状の前記アノード電極が各ゲート電極ライ
ンにそれぞれ対向して延設されているのがよい。

【００４０】また、基板上に、複数の帯状の前記カソー
ド電極ラインが側方に間隔をおいてほぼ同一方向に延設
され、複数の帯状の前記ゲート電極ラインが側方に間隔
をおき前記カソード電極ラインに交差して延設され、前
記両電極ラインが交差する箇所に前記微細孔が形成さ
れ、前記電子放出源に対向して、蛍光面と、蛍光面の上
に蒸着によって形成した前記アノード電極が配設されて
いるのがよい。

【００４１】以下、極薄型のディスプレイ装置に適用さ
れる好ましい実施形態に基づいて、本発明をさらに具体
的に説明する。

【００４２】＜第１の実施の形態＞本発明の第１の実施
形態のディスプレイ装置は、図１に示すように、電子放
出源１と、その上部のアノードとなる上部基板２とが高
真空部３を介して組立てられている。

【００４３】図２と図５は上記電子放出源の部分断面、
図３はその部分平面を示す。

【００４４】前記電子放出源１は、例えばガラス材より
なる下部基板１１の表面上に帯状の複数本のカソード電
極ライン１３が形成されている。これらのカソード電極
ライン１３上には、絶縁層１４を介して各カソード電極
ライン１３と交差する帯状の複数本のゲート電極ライン
１５が形成されて、各カソード電極ライン１３とともに
マトリクス構造を構成している。さらに、各カソード電
極ライン１３の接続端部及び各ゲート電極ライン１５の
接続端部が図示しない制御手段にそれぞれ接続されてい
る。

【００４５】そして、ゲート電極ライン１５と絶縁層１
４とを貫通して微細孔１７がカソード電極１３の表面に
到達しており、さらにこの微細孔１７内にはカソード電
極１３に接して縦断面が台形状の金属製の突出部１６１
が形成されており、その上面には微小な凹凸１６２が形
成されており、その上に電子放出部１６が形成されてい
る。

【００４６】電子放出部１６は、たとえば炭素薄膜１６
ａよりなる。そしてこの炭素薄膜１６ａ表面は上記凹凸
１６２を反映して凹凸に形成される。

【００４７】上部基板２は、その一主面である下面部に
おいて高真空部３を介して電子放出源１の主面部と対向
して設けられている。この上部基板２の下面部には、蛍
光材料が塗布されて前記各カソード電極ライン１３とそ
れぞれ平行に帯状の蛍光面が形成されている。

【００４８】前記電子放出源１においては、前記制御手
段が所定のカソード電極ライン１３及びゲート電極ライ
ン１５を選択して、これらの間に所定の電圧をかける。
これにより、対応する画素領域内の炭素薄膜１６ａの表
面に所定の電界がかかり、その表面からトンネル効果に
よって電子が放出される。

【００４９】このとき、この炭素薄膜１６ａの表面には
微小な凹凸が形成されているため、その凹凸の突起部１
６２に電界が集中し、低い印加電圧でも充分な電界強度
が達成され、電子が放出される。

【００５０】このとき、前記電子放出源１を内蔵したデ
ィスプレイ装置においては、所定の画素領域を励起する
ことによって各微細孔１７内の炭素薄膜１６ａから放出
された電子が、前記制御手段によりカソード電極ライン
１３と上部基板（アノード）２間に印加された電圧によ
ってさらに加速され、ゲート電極ライン１５と上部基板
２間の高真空部３を通って蛍光面に到達する。そして、
この電子線により蛍光面から可視光が放出される。

【００５１】次に前記電子放出源１の製造方法について
説明する。まず、ガラス等よりなる下部基板１１上に、
ニオビウム、モリブデンまたはクロム等を材料として厚
さ約２０００オングストローム程の導体膜を成膜する。
その後、写真製版法およ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し、カソード電極ライン
１３とする。

【００５２】次に、例えば二酸化珪素を用いてスパッタ
リングあるいは化学蒸着法により前記カソード電極ライ
ン１３上に絶縁層１４を成膜し、さらにその上にゲート
電極材料、例えばニオビウムまたはモリブデンからなる
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カソード電極ライン
１３と交差するようにライン形状にし、これをゲート電
極ライン１５とする。

【００５３】そうしてから、ゲート電極ライン１５と絶
縁層１４を貫通し、カソード電極１３に達する円形の微
細孔１７を写真製版法および反応性イオンエッチング法
により形成する。

【００５４】次に、基板を回転させながら、図６に示す
ように斜め蒸着によりリフトオフの犠牲層４０としてア
ルミニウム膜を形成する。斜め方向から蒸着するのは、
微細孔１７の底部にアルミニウム膜が付着しないように
するためである。

【００５５】それから、図７に示すように、タングステ
ン等の金属を蒸着することにより、微細孔内部に断面が
台形状の突出部１６１をゲート電極ライン１５の上面よ
り３００〜５００ｎｍ低く形成する。

【００５６】このとき、金属膜５０は微細孔１７の底部
と犠牲層４０の上部に成長するが、成長とともに犠牲層
４０の上部に成長する金属膜５０は微細孔の縁からせり
出すように成長し、微細孔１７の口径を狭めていく。

【００５７】それに伴って、微細孔１７の底部に成長す
る金属膜５０ａは上部が徐々に狭まって成長していき、
その縦断面形状は台形状となる。突出部１６１が一定の
高さまで成長し、また微細孔１７の口が完全に閉じられ
る前に蒸着を完了する。

【００５８】そして、特願平１１−０５８９５６号に示
すように、エッチングガスとしてＳＦ₆ を用いて、タン
グステンの結晶粒と粒界との間でエッチング速度の差が
大きくなるような条件に設定して、反応性エッチングを
実施する。この結果、図８に示すように、タングステン
の結晶粒径をほぼ反映した寸法を有する平均表面粗さ
（Ｒａ）が１０〜１００ｎｍの微小な凹凸１６２が前記
突出部１６１の上面に形成される。

【００５９】次に、電子放出部である炭素薄膜１６ａを
図９に示すようにアーク放電法またはレーザーアブレー
ション法によって厚さ１０〜１００ｎｍに形成する。

【００６０】この時、炭素薄膜１６ａの表面には突出部
１６１上面の微小な凹凸１６２を反映して、微小な凹凸
が形成される。

【００６１】最後に、図１０に示すように塩酸等の酸溶
液もしくは、水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液によっ
て犠牲層４０であるアルミニウム膜をエッチングすると
ともに、その上部の金属膜とカーボン膜をリフトオフに
より除去する。

【００６２】なお、ここの実施形態では、電子放出源１
となる微細孔１７の形状は円形だけでなく多角形や楕円
形であっても構わず、さらに図４に示すように１方向に
伸びた溝状（スリット状）であっても良い。

【００６３】この実施形態の電子放出源１においては、
微細孔１７内部の突出部１６１の縦断面が台形状になっ
ており、その上端はカソード電極ライン１３表面よりゲ
ート電極ライン１５に近づいているため、電界が有効に
突出部１６１上面の炭素薄膜１６ａの表面に印加する。
さらに、炭素薄膜１６ａの表面に微小な凹凸が形成さ
れ、その凸部の先端部に電界が集中するので、より低い
電圧でフィールドエミッション電流を得ることができ
る。

【００６４】また、図９のように断面が台形状の突出部
１６１を形成した後は、金属膜５０のせり出しの分の距
離だけ微細孔１７の口径が狭まっているため、炭素が入
り込むのを抑制でき、炭素薄膜によるゲート電極、カソ
ード電極間の電気的接触のトラブルが減少し、信頼性が
向上する。

【００６５】＜第２の実施の形態＞次に、本発明の第２
の実施形態について説明する。

【００６６】この実施形態の電子放出源は、前記の第１
の実施形態の電子放出源と同様の構成及び効果を有する
が、犠牲層であるアルミニウム膜の生成法が異なる。

【００６７】即ち、図１１に示すようにゲート電極ライ
ン１５と絶縁層１４及びカソード電極ラインが形成され
た後に、犠牲層４０であるアルミニウム薄膜が蒸着また
はスパッタリングにより形成される。

【００６８】そして、図１２に示す如く、写真製版法と
エッチングにより微細孔１７をアルミニウムの犠牲層４
０、ゲート電極１５、絶縁層１４を貫通して形成する。

【００６９】以降の微細孔１７内部の突出部１６１およ
び電子放出部である炭素薄膜１６の生成法は第１の実施
形態と同様である。

【００７０】この第２の実施形態においても、電子放出
源となる微細孔の形状は円形だけでなく多角形んや楕円
形であっても構わず、さらに図４に示すように１方向に
伸びた溝状であっても良い。

【００７１】＜第３の実施の形態＞次に、本発明の第３
の実施形態を図１３及び図１４について説明する。

【００７２】この第３の実施形態の電子放出源は、前述
した第１の実施形態の電子放出源とほぼ同様の構成と効
果を有するが、特徴的なのはカソード電極ライン１３ａ
の１画素に対応する領域が格子状構造であり、さらに、
このカソード電極ラインに接して導体もしくは半導体の
薄膜１８が形成されていることである。格子のメッシュ
は任意の形にすることができるが、好ましくは、長方
形、もしくは正方形がよい。

【００７３】この実施の形態では、格子状構造を有する
カソード電極ライン１３ａの上部に薄膜１８が形成され
ている。そして、ゲート電極ライン１５と絶縁層１４を
貫通して薄膜１８の表面に達する円形の微細孔１７が網
目の内部にそれぞれ１個もしくは複数個形成される。そ
して、微細孔１７の内部に、前記薄膜１８に接して上面
に微小な凹凸が形成されているタングステン製の突出部
１６１と、さらにその上面に電子放出炭素薄膜１６とが
形成される。

【００７４】このとき、薄膜１８は導体もしくは半導体
からなり、カソード電極ライン１３ａと電気的に接して
いるので、カソード電極と同電位となり、カソード電極
として機能する。

【００７５】このようにカソード電極ライン１３ａが格
子状構造であると、それと微細孔１７との間に十分な距
離をとることができ、金属粒子等が微細孔１７に入り込
んでカソード電極ライン１３ａとゲート電極ライン１５
とが仮に短絡しても、電子放出用の炭素薄膜１６の抵抗
破壊を防ぐことができる。

【００７６】この実施の形態においても、電子放出源と
なる微細孔の形状は円形だけでなく多角形や楕円形であ
っても構わず、さらに１方向に伸びた溝状であっても良
い。

【００７７】なお、この第３の実施の形態においては、
カソード電極ライン１３ａは、薄膜１８の上部に形成し
ても良い。

【００７８】また、カソード電極ライン１３ａと薄膜１
８の形成以降の製造工程は、第１の実施の形態及び第２
の実施の形態で述べた製造工程と同様である。

【００７９】

【発明の作用効果】以上説明したように、本発明によれ
ば、カソード電極ラインの上に台形状の突出部が設けら
れ、その上に電子放出用の膜が形成されているので、電
子放出面を用いた従来の電子放出源に比べ電子放出部と
ゲート電極ラインとの間の距離は大幅に短縮し、従って
これらの電極間に印加する電圧を低くしても充分な電流
量を確保することができ、ディスプレイ装置として必要
な電流量を確保することができ、低電圧駆動が可能とな
る。さらに、前記突出部の上面に微小な凸凹が形成され
ているのでこの凸凹の突起先端部に電界が集中し、さら
に印加電圧でも電界放出を生じさせることができる。

【００８０】さらに、ゲート電極ラインの開口の縁と突
出部上面の端部との位置関係は、突出部の高さでのみ決
定されるので、突出部を均一に形成することが容易であ
る。また、主として電子放出が生じるのはゲート電極に
近い突出部上面の端部であり、ゲート電極ラインとの位
置関係は開口の大きさにそれほどよらない。つまり開口
の大きさがばらついても、電子放出量がばらつくことが
少ない。したがって画素内および画素によって電流量が
ばらつくという問題が生じにくい。

【００８１】そして、マイクロチップの場合より、ゲー
ト電極ラインと電子放出部との間の距離を長くとること
ができるので、電極間の短絡は生じ難く、製造歩留まり
が向上する。特に大型のディスプレイ装置では、電子放
出源も大型化することから、その製造歩留まりが大き
く、電子放出源の歩留まり向上の効果は大きい。

【００８２】また、このような電子放出源により構成し
た本発明のディスプレイ装置は低電圧で駆動することが
できる。そして、電子放出源において画素ごとの電流量
がばらつくという問題が小さいので、高画質である。そ
して、電子放出源の製造歩留まりが良好であることか
ら、低コストで製造できる。

【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を
適用したディスプレイ装置を模式的に示す斜視図であ
る。

【図２】同、電子放出源の部分断面の概略図である。

【図３】同、電子放出源の部分平面図である。

【図４】同、電子放出源の部分平面図である。

【図５】同、電子放出源の部分断面の拡大図である。

【図６】同、電子放出源の製造過程の説明図である。

【図７】同、電子放出源の製造過程の説明図である。

【図８】同、電子放出源の製造過程の説明図である。

【図９】同、電子放出源の製造過程の説明図である。

【図１０】同、電子放出源の製造過程の説明図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態による電子放出源
の製造過程の説明図である。

【図１２】同、電子放出源の製造過程の説明図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態による電子放出源
の部分平面図である。

【図１４】同、電子放出源の部分平面図である。

【図１５】従来の電子放出源の部分断面を模式的の示す
断面図である。

【符号の説明】

１…電子放出源、２…上部基板、３…高真空部、１１…
下部基板、１３…カソード電極ライン、１３ａ…格子構
造を有するカソード電極ライン、１４…絶縁層、１５…
ゲート電極ライン、１６…電子放出部、１６ａ…炭素薄
膜、１６１…突出部、１６２…突出部上面の微小な凹
凸、１７…微細孔、１８…導体もしくは半導体の薄膜、
２１…蛍光面、４０…犠牲層、５０…金属膜

Claims (41)

【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する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縦断面が台形状の突出部を電子放出
   部として有し、この突出部の表面が微小な凹凸を有し、 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、前記絶縁層の表面より前記カソード電
   極ライン側に位置することを特徴とする電子放出源。
2. 【請求項２】 前記突出部の表面に、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】 前記カソード電極ラインは、相対的に抵
   抗値の小さい電極本体と、この電極本体に重ねて延設さ
   れた相対的に抵抗値の大きい導体とから成り、前記電極
   本体には、１カ所または複数箇所において部分的な欠除
   領域が形成され、前記微細孔は前記欠除領域内に前記欠
   除領域の縁部との間に間隔をおいて形成されている、請
   求項１に記載の電子放出源。
10. 【請求項１０】 前記電極本体の前記欠除領域は矩形に
    形成されている、請求項９に記載の電子放出源。
11. 【請求項１１】 前記電極本体に複数の前記欠除領域が
    形成され、これらの複数の欠除領域はマトリクス状に配
    列されている、請求項１０に記載の電子放出源。
12. 【請求項１２】 前記突出部の材料は前記カソード電極
    ラインの材料とは異なっている、請求項１に記載の電子
    放出源。
13. 【請求項１３】 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する微細孔を形
    成する工程と、 前記微細孔の底部に縦断面が台形状で表面に微小な凹凸
    を有する突出部を電子放出部として形成する工程と、 前記突出部の表面に、前記絶縁層の表面より前記カソー
    ド電極ライン側に表面が位置し、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。
14. 【請求項１４】 前記ゲート電極ラインを形成したの
    ち、このゲート電極ライン上に犠牲層を形成し、つづい
    て前記微細孔の底部に前記突出部を形成し、この突出部
    の上面に前記微小な凹凸を形成し、しかるのち、前記犠
    牲層をリフトオフする、請求項１３に記載の電子放出源
    の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記膜をカーボン膜で形成する、請求
    項１３に記載の電子放出源の製造方法。
16. 【請求項１６】 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１５
    に記載の電子放出源の製造方法。
17. 【請求項１７】 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１６に記載の電子放出源の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記カーボン膜を、炭素イオンを用い
    て成膜する、請求項１６に記載の電子放出源の製造方
    法。
19. 【請求項１９】 前記微細孔を略円形又はスリット状に
    形成する、請求項１３に記載の電子放出源の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記カソード電極ラインを、相対的に
    抵抗値の小さい電極本体と、この電極本体に重ねて延設
    された相対的に抵抗値の大きい導体とから構成し、前記
    電極本体には、１カ所または複数箇所において部分的な
    欠除領域を形成し、前記微細孔は前記欠除領域内に前記
    欠除領域の縁部との間に間隔をおいて形成する、請求項
    １３に記載の電子放出源の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記電極本体の前記欠除領域を矩形に
    形成する、請求項２０に記載の電子放出源の製造方法。
22. 【請求項２２】 電極本体に複数の前記欠除領域を形成
    し、これらの複数の欠除領域をマトリクス状に配列す
    る、請求項２１に記載の電子放出源の製造方法。
23. 【請求項２３】 前記突出部の材料は前記カソード電極
    ラインの材料とは異なるものとする、請求項１３に記載
    の電子放出源の製造方法。
24. 【請求項２４】 炭素固形物をアーク放電によってイオ
    ン化させ、炭素イオンおよび荷電炭素クラスターのいず
    れか一方または両者を、磁場によって屈曲した軌道に沿
    って飛翔させて基板に入射せしめ、前記微細孔内の前記
    突出部の微小な凸凹の上面に被着させて電子放出部を形
    成する、請求項１３に記載の電子放出源の製造方法。
25. 【請求項２５】 レンズにより収束させたレーザー光を
    真空中において炭素固形物のターゲット表面に入射させ
    て炭素イオン、中性炭素原子、ならびに炭素クラスター
    のいずれか１つまたは複数を前記ターゲットに対向配置
    した基板に入射させ、前記微細孔内の前記突出部の微小
    な凸凹の上面に被着させて電子放出部を形成する、請求
    項１３に記載の電子放出源の製造方法。
26. 【請求項２６】 真空中にて炭素固形物に電子ビームを
    照射して炭素を加熱蒸発させ、発生した炭素原子、炭素
    イオンならびに炭素クラスターのいずれか１つまたは複
    数を前記微細孔内の前記突出部の微小な凸凹の上面に被
    着させて電子放出部を形成する、請求項１３に記載の電
    子放出源の製造方法。
27. 【請求項２７】 真空中にメタン、アセトン、アルコー
    ル等の炭素源を導入し、これを加熱したフィラメントに
    接触させて加熱分解し、発生した炭素原子、炭素のイオ
    ンならびに炭素クラスターを前記微細孔内の前記突出部
    の微小な凸凹の上面に被着させて電子放出部を形成す
    る、請求項１３に記載の電子放出源の製造方法。
28. 【請求項２８】 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する微細孔を
    有する電子放出源であって、 前記微細孔の底部に縦断面が台形状の突出部を電子放出
    部として有し、この突出部の表面が微小な凹凸を有し、 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、前記絶縁層の表面より前記カソード電
    極ライン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及びア
    ノード電極と；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。
29. 【請求項２９】 前記突出部の表面に、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２８に記載のディスプレイ
    装置。
30. 【請求項３０】 前記膜の表面に前記微小な凹凸が存在
    している、請求項２８に記載のディスプレイ装置。
31. 【請求項３１】 前記膜がカーボン膜である、請求項２
    ８に記載のディスプレイ装置。
32. 【請求項３２】 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３１に記
    載のディスプレイ装置。
33. 【請求項３３】 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３２に記載のディスプレイ
    装置。
34. 【請求項３４】 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３１に記載のディスプレ
    イ装置。
35. 【請求項３５】 前記微細孔が略円形又はスリット状で
    ある、請求項２８に記載のディスプレイ装置。
36. 【請求項３６】 前記カソード電極ラインは、相対的に
    抵抗値の小さい電極本体と、この電極本体に重ねて延設
    された相対的に抵抗値の大きい導体とから成り、前記電
    極本体には、１カ所または複数箇所において部分的な欠
    除領域が形成され、前記微細孔は前記欠除領域内に前記
    欠除領域の縁部との間に間隔をおいて形成されている、
    請求項２８に記載のディスプレイ装置。
37. 【請求項３７】 前記電極本体の前記欠除領域は矩形に
    形成されている、請求項３６に記載のディスプレイ装
    置。
38. 【請求項３８】 電極本体に複数の前記欠除領域が形成
    され、これらの複数の欠除領域はマトリクス状に配列さ
    れている、請求項３７に記載のディスプレイ装置。
39. 【請求項３９】 前記突出部の材料は前記カソード電極
    ラインの材料とは異なっている、請求項２８に記載のデ
    ィスプレイ装置。
40. 【請求項４０】 基板上に、複数の帯状の前記カソード
    電極ラインが側方に間隔をおいてほぼ同一方向に延設さ
    れ、複数の帯状の前記ゲート電極ラインが側方に間隔を
    おき前記カソード電極ラインに交差して延設され、前記
    両電極ラインが交差する箇所に前記微細孔が形成され、
    複数の帯状の前記アノード電極が各ゲート電極ラインに
    それぞれ対向して延設されている、請求項２８に記載の
    ディスプレイ装置。
41. 【請求項４１】 基板上に、複数の帯状の前記カソード
    電極ラインが側方に間隔をおいてほぼ同一方向に延設さ
    れ、複数の帯状の前記ゲート電極ラインが側方に間隔を
    おき前記カソード電極ラインに交差して延設され、前記
    両電極ラインが交差する箇所に前記微細孔が形成され、
    前記電子放出源に対向して、蛍光面と、蛍光面の上に蒸
    着によって形成した前記アノード電極が配設されてい
    る、請求項２８に記載のディスプレイ装置。