JP2001035359A - 電子放出源の製造方法および電子放出源ならびにディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧駆動、電流量の均一化、電子ビームの
広がり回避、長寿命化を実現し、さらに製造時の電極間
の短絡を防止する。 【解決手段】 下部基板１上には帯状の複数本のカソー
ド電極ライン２が形成されている。カソード電極ライン
２上には、絶縁層３が形成され、その上にカソード電極
ライン２と交差する帯状の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との各交差箇所には多数の微細孔５が形成さ
れ、この領域がディスプレイの１つの画素に対応してい
る。各微細孔５は、上記絶縁層３とゲート電極ライン４
とを貫通し、カソード電極ライン２の中程に至る深さに
形成されている。そしてカソード電極ライン２に電圧を
印加しつつ、炭素を主体とするターゲットにレーザ光を
照射してレーザアブレーション法により、凹部１０内の
底部にカーボン膜７が形成されている。

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の製造方
法、および電子放出源、ならびに同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、その画素領域内に電子放出材料から成る多数の
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でスクリ
ーンの蛍光面を光らせるものが提案されている。

【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（第１の電極）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（第
２の電極）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６はこの種の従来の電子放出源の一例を
示す部分断面側面図、図７は図６の電子放出源により構
成した従来のディスプレイ装置の一例を示す部分斜視図
である。図６に示したように、従来の電子放出源１２
は、例えばガラス材料より成る下部基板２１の表面上に
帯状の複数本のカソード電極ライン２２が形成されてい
る。これらのカソード電極ライン２２上には絶縁層２３
が成膜され、その上に各カソード電極ライン２２と交差
して帯状の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および各ゲ
ート電極ライン２４は制御手段２５にそれぞれ接続さ
れ、制御手段２５により駆動制御される。

【０００５】各カソード電極ライン２２の各ゲート電極
ライン２４との各交差領域には、ゲート電極ライン２４
と上記絶縁層２３とを貫通してカソード電極ライン２２
の表面に至る多数の微細孔２６が形成され、微細孔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が突設されている。このマイクロチップ２７
が冷陰極を構成している。

【０００６】これらのマイクロチップ２７は、例えばモ
リブデンなどの電子放出材料より成り、ほぼ円錐体に形
成されている。そして、各マイクロチップ２７の円錐体
の先端部の高さは、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の高にほぼ一致してい
る。このように、カソード電極ライン２２のゲート電極
ライン２４との各交差領域には多数のマイクロチップ２
７が設けられて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。

【０００７】この電子放出源１２においては、上記制御
手段２５により所定のカソード電極ライン２２およびゲ
ート電極ライン２４を選択してこれらの間に所定の電圧
をかけることで、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、すなわち画素領域内のすべて
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、各マイクロチップ２７の先端からトンネル
効果によって電子が放出される。なお、このとき印加す
る電圧は、マイクロチップ２７の材料がモリブデンの場
合、各マイクロチップ２７の円錐体の先端部付近の電界
の強さがおおむね１０⁸から１０¹⁰Ｖ／ｍとなる程度の
値に設定する。

【０００８】図６の電子放出源１２によりディスプレイ
装置を構成する場合には、図７に示したように、ゲート
電極ライン２４との間に間隔をおいて設けた透明な上部
基板２８を電子放出源１２に対して組み合わせる。上部
基板２８の下面には、各ゲート電極ライン２４と平行な
帯状のアノード電極ライン３０と、アノード電極ライン
３０上の蛍光ストライプ（図示せず）とが形成されてい
る。アノード電極ライン３０は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電材料から成り、
その接続端部において制御手段２５（図６）に接続され
ている。上部基板２８と下部基板２１との間の空間は高
真空領域となっている。

【０００９】このようなディスプレイ装置２０を動作さ
せる場合には、カソード電極ライン２２とゲート電極ラ
インとを制御手段２５により選択して、選択した電極ラ
インが交差する箇所の電子放出源１２（画素を構成）
に、所定の電圧を印加する。これにより電子放出源１２
が励起され、電子放出源１２の各マイクロチップ２７か
ら電子が放出され、カソード電極ライン２２と上記アノ
ード電極ライン３０間に印加された電圧によって加速さ
れて、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、この可視光が構成する画像が、透明なアノード電極
ライン３０や上部基板２８を通して観察されることにな
る。

【００１０】しかし、上記電子放出源１２には次のよう
な問題点がある。第１に、マイクロチップ２７は、特に
その先端部を各マイクロチップ２７間で均一に製造する
ことが困難である。マイクロチップ２７の形状がマイク
ロチップ２７ごとに異なると、各マイクロチップ２７か
ら放出される電子の量、すなわち電流量が画素ごとに変
化してしまい、ディスプレイ装置２０の上部基板２８上
に形成される光輝点の明るさが不均質となって、画像品
質が劣化する。

【００１１】第２に、下部基板２１と上部基板２８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の先端形状が経時的に劣化し易く、電流量が
減少するという問題ある。第３に、マイクロチップ２７
から放出される電子の飛翔方向は、カソード面に垂直な
方向に対して±３０度程度の範囲に広がっているため、
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。第４は製造工程
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２４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２
７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２６内に入り込み、マイクロチップ２７とゲ
ート電極ライン２４とが短絡され、したがって、カソー
ド電極ライン２２とゲート電極ライン２４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。

【００１２】これらの問題を回避すべく、特開平８−５
５５６４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。図８はこの従来技術による電子放出源
の要部を示す部分断面側面図である。図中、図６と同一
の要素には同一の符号が付されている。図８に示した電
子放出源４０では、下部基板２１上にダイヤモンドなど
の低仕事関数物質層３２および金属などの導電接触層３
３が形成されている。導電接触層３３は、低仕事関数物
質層３２から二酸化珪素などの絶縁層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
に応じて設けられる。このような構成により、微細孔２
６底部の低仕事関数物質３２の表面から効率のよい電子
放出を実現できるとされている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
の発明者らの検討結果によれば、図８に示した電子放出
源４０では、低仕事関数物質層３２を形成した後に、そ
の上に二酸化珪素などの絶縁層２３などを形成しなけれ
ばならないという製造工程上の問題がある。すなわち、
低仕事関数物質層３２上にスパッタリングやプラズマＣ
ＶＤ法によって二酸化珪素などの絶縁層２３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
メージを受けてしまう。さらに微細孔２６を形成する際
にも、低仕事関数物質層３２の表面がＲＩＥ（Ｒｅａｃ
ｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるプラズマに
曝され、劣化する。

【００１４】このため、低仕事関数物質層３２は、その
本来の電子放出能力を充分に発揮することが困難とな
る。また、充分な放出電子密度が得られて高輝度を実現
できたとしても、ゲート電極ラインと低仕事関数物質層
３２との間には比較的高電圧を印加しなければならず、
絶縁破壊が懸念される。

【００１５】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、その目的は、低電圧で駆動でき、電流
量が均一であるとともに電子ビームの広がりが少なく、
しかも長寿命であり、さらに電極間の短絡の虞が少ない
電子放出源およびその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、低電圧で駆動でき、高精細
であり、製造歩留まりが高く、かつ長寿命のディスプレ
イ装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、基板上に第１の電極と、絶縁層と、第２の
電極とをこの順番で形成し、前記第２の電極上に開口す
るとともに前記絶縁層を貫通して前記第１の電極に至る
微細孔を形成する電子放出源の製造方法であって、前記
微細孔内の前記第１の電極表面に、底部が前記第１の電
極の表面とほぼ平行な凹部を形成し、前記第１の電極に
電圧を印加しつつ、炭素を主体とするターゲットにレー
ザ光を照射してレーザアブレーション法により、前記微
細孔内の前記第１の電極の前記凹部内の底部に炭素の薄
膜を形成することを特徴とする。

【００１７】また、本発明は、基板上に第１の電極と、
絶縁層と、第２の電極とをこの順番で形成し、前記第２
の電極上に開口するとともに前記絶縁層を貫通して前記
第１の電極に至る微細孔を形成した電子放出源であっ
て、前記微細孔内の前記第１の電極表面に、底部が前記
第１の電極の表面とほぼ平行な凹部を形成し、前記第１
の電極に電圧を印加しつつ、炭素を主体とするターゲッ
トにレーザ光を照射してレーザアブレーション法によ
り、前記微細孔内の前記第１の電極の前記凹部内の底部
に炭素の薄膜を形成したことを特徴とする。

【００１８】また、本発明は、第１の基板上に第１の電
極と、絶縁層と、第２の電極とをこの順番で形成し、前
記第２の電極上に開口するとともに前記絶縁層を貫通し
て前記第１の電極に至る微細孔を形成し、前記微細孔内
の前記第１の電極表面に、底部が前記第１の電極の表面
とほぼ平行な凹部を形成し、前記第１の電極に電圧を印
加しつつ、炭素を主体とするターゲットにレーザ光を照
射してレーザアブレーション法により、前記微細孔内の
前記第１の電極の前記凹部内の底部に炭素の薄膜を形成
した電子放出源と、前記電子放出源との間に間隔をおき
前記電子放出源に対向して配設されたアノード電極およ
び前記アノード電極上に形成された蛍光面を含む第２の
基板とを有し、前記第１および第２の電極の間に電圧を
印加して前記電子放出源より電子を放出させ、前記電子
を前記蛍光面に入射させて前記蛍光面を発光させること
を特徴とする。

【００１９】本発明の製造方法により製造した電子放出
源、および本発明の電子放出源、ならびに本発明のディ
スプレイ装置を構成する電子放出源では、第１の電極に
電圧を印加しつつ、炭素を主体とするターゲットにレー
ザ光を照射してレーザアブレーション法により、微細孔
内の第１の電極の凹部内の底部に炭素の薄膜が形成され
ている。このように形成された炭素の薄膜からは、５０
Ｖ／μｍ程度あるいはそれ以下の低強度の電界を印加す
るのみで、高輝度ディスプレイ装置に必要な充分な密度
の電子が放出される。

【００２０】したがって、絶縁層の厚さをたとえば１μ
ｍ程度に設定すれば、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べき駆動電圧は数十Ｖ以下の低電
圧で済むことになる。また、炭素薄膜は凹部内に形成さ
れ、その表面は凹部の縁より深い位置にある。したがっ
て炭素薄膜には、周辺部より中央部においてより高強度
の電界が印加され、電子は主として炭素薄膜の中央付近
から放出される。その結果、炭素薄膜から放出された電
子は、大部分がゲート電極ラインに流れ込むことなく、
アノード電極ラインに入射し、蛍光体の発光に寄与す
る。また、同じ理由により、炭素薄膜から放出された電
子が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により絶縁層などが劣化すると
いった問題も解消する。

【００２１】そして、炭素薄膜は、本発明の製造方法に
もとづき、絶縁層を形成し、さらに微細孔を形成した後
に成膜することができるので、従来のように炭素薄膜が
プラズマやイオンの影響で劣化するといったことがな
く、炭素薄膜本来の能力を充分に発揮させて高い電子放
出能力を実現できる。さらに、炭素薄膜は平面的に形成
されているので、稼働時に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、円錐形のマイクロチップ
のように形状が変化することがなく、したがって長寿命
である。また、上述のように形成した炭素薄膜はダイヤ
モンド状を呈しており、この点でもスパッタリングの影
響を受けにくく、安定な電子放出を長時間維持すること
ができる。また、マイクロチップのように、放出電子が
広がることがないので、蛍光面における発光領域を縮小
でき、ディスプレイの高精細化に有利である。そして、
微細孔内にマイクロチップが存在しないので、製造時に
第２の電極と電子放出部（炭素薄膜）との間の短絡は生
じ難く、製造歩留まりが向上する。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て図面を参照して説明する。 ［第１の実施の形態例］まず、第１の実施の形態例につ
いて説明する。図１は本発明の実施の形態例の電子放出
源を拡大して示す部分断面側面図、図２は本発明の実施
の形態例の電子放出源を示す部分平面図である。図１、
図２に示したように、電子放出源８では、たとえばガラ
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が形成されている。これらのカソード
電極ライン２の上に絶縁層３が成膜されており、さらに
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および各ゲート電極ラ
イン４は制御手段５にそれぞれ接続さて駆動制御され
る。

【００２３】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およ
び絶縁層３を貫通し、カソード電極ライン２の中程の深
さに至る多数の平面視略円形の微細孔５が形成されてい
る。微細孔５の底部のカソード電極ライン２の表面には
凹部１０が形成され、凹部１０内の底部に、カーボン膜
７が形成されている。カーボン膜７は上述のように凹部
１０内の底部に形成されており、したがって、カーボン
膜７の表面は凹部１０の縁部１４より深い位置にある。
カーボン膜７は、カソード電極ライン２に所定の電圧を
印加しながら炭素を主体とするターゲットの基板にレー
ザ光を照射し、レーザアブレーション法により成膜した
ダイヤモンド状の炭素から成る薄膜である。

【００２４】この電子放出源８の動作は図６に示した従
来の電子放出源と基本的には同じである。すなわち、制
御手段１５により所要のカソード電極ライン２およびゲ
ート電極ライン４を選択して、それらの間に所定の電圧
を印加すると、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、すなわち画素領域におけるカーボン
膜７とゲート部４ａとの間に電界が発生し、微細孔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。

【００２５】そして、上述のように形成されたカーボン
膜７からは、５０Ｖ／μｍ程度あるいはそれ以下の低強
度の電界を印加するのみで、高輝度ディスプレイ装置に
必要な充分な密度の電子が放出される。したがって、絶
縁層３の厚さをたとえば１μｍ程度に設定すれば、カソ
ード電極ライン２とゲート電極ライン４との間に印加す
べき駆動電圧は数十Ｖ以下の低電圧で済むことになる。
また、カーボン膜７は凹部１０内に形成され、その表面
は凹部１０の縁部１４より深い位置にあるので、カーボ
ン膜７には、周辺部より中央部においてより高強度の電
界が印加され、電子は主としてカーボン膜７の中央付近
から放出される。その結果、カーボン膜７から放出され
た電子は、大部分がゲート電極ライン４に流れ込むこと
なく、ディスプレイ装置２０のアノード電極ライン３０
に入射し、蛍光体の発光に寄与する。また、同じ理由に
より、カーボン膜７から放出された電子が絶縁層３に入
射することがないので、絶縁層３のチャージアップによ
る異常放電により絶縁層３などが劣化するといった問題
も解消する。

【００２６】そして、カーボン膜７は、絶縁層３を形成
し、さらに微細孔５を形成した後に成膜することができ
るので、従来のようにカーボン膜７がプラズマやイオン
の影響で劣化するといったことがなく、カーボン膜本来
の能力を充分に発揮させて高い電子放出能力を実現でき
る。さらに、カーボン膜７は平面的に形成されているの
で、稼働時に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、円錐形のマイクロチップ２７のように
形状が変化することがなく、したがって長寿命である。
また、上述のように形成したカーボン膜７はダイヤモン
ド状を呈しており、この点でもスパッタリングの影響を
受けにくく、安定な電子放出を長時間維持することがで
きる。また、平坦なカーボン膜７から電子が放出される
ので、マイクロチップ２７のように放出電子が広がるこ
とがない。そのため蛍光面における発光領域を縮小で
き、ディスプレイの高精細化に有利である。そして、微
細孔内にマイクロチップが存在しないので、製造時にゲ
ート電極ライン４と電子放出部であるカーボン膜７との
間の短絡は生じ難く、製造歩留まりが向上する。

【００２７】なお、微細孔の底部ではカソード電極ライ
ン２に凹部１０が形成されているので、電圧印加時に等
電位面は大きく曲がったものとなる。そのためカーボン
膜７の周辺部から放出される電子は、ゲート電極ライン
４表面の垂直方向からずれた軌道を描いて飛翔し、アノ
ード電極ライン上に正確に到達しない可能性がある。し
かし、カーボン膜７の周辺部の電界強度は、中央部の電
界強度と比較して充分に小さいので、電子はカーボン膜
７の周辺部からは放出されないか、または放出されたと
しても電子密度は非常に小さく、したがって実用上上記
等電位面の曲がりは無視できる。

【００２８】本発明の実施の形態例としてのディスプレ
イ装置は、図７に示した従来のディスプレイ装置２０に
おいて、電子放出源１２を上記電子放出源８により置き
換えることで構成することができる。そして、カーボン
膜７から放出された電子は、カソード電極ライン２とア
ノード電極ライン３０との間に印加された電圧により加
速され、アノード電極ライン３０上の蛍光ストライプに
到達する。その結果、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、この可視光が構成する画
像が、透明なアノード電極ライン３０や上部基板２８を
通して観察されることになる。このようなディスプレイ
装置においては、上述した電子放出源８により得られる
効果にもとづき、低電圧駆動、高精細化、製造歩留の向
上、ならびに長寿命化を実現できる。

【００２９】次に、本発明の電子放出源の製造方法の一
例として電子放出源８の製造方法について図１を参照し
て説明する。まず、ガラスなどから成る下部基板１上に
ニオビウム、モリブデン、またはクロムなどを材料とし
て厚さ約２００ｎｍ程度の導体膜を形成する。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てカソード電極ライン２を形成
する。

【００３０】次に、たとえば二酸化珪素をスパッタリン
グあるいは化学蒸着法（ＤＶＤ）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絶縁層３を
形成し、さらに絶縁層３の上にゲート電極材料として例
えばニオビウムまたはモリブデンを用いて成膜する。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
りこの導体膜をカソード電極ライン２と交差するライン
形状にしてゲート電極ライン４を構成する。

【００３１】次に、ゲート電極ライン４および絶縁層３
を貫通し、カソード電極ライン２の中程の深さに至る平
面視略円形の微細孔５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。したがって、微細孔５
内のカソード電極ライン２の表面には、底部がカソード
電極ライン２の表面とほぼ平行な凹部１０が形成され
る。

【００３２】つづいて、カソード電極ライン２に、グラ
ンド電位を基準にして負極性の所定電圧を印加しなが
ら、炭素を主体とするターゲット基板にレーザ光を照射
し、レーザアブレーション法により、微細孔５内のカソ
ード電極ライン２の凹部１０内の底部に成膜して、冷陰
極となるカーボン膜７を形成し、電子放出源８を完成さ
せる。

【００３３】［第２の実施の形態例］次に、本発明の第
２の実施の形態例について説明する。図３は本発明の第
２の実施の形態例の電子放出源を拡大して示す部分断面
側面図、図４は本発明の第２の実施の形態例の電子放出
源を示す部分平面図である。図３、図４に示した第２の
実施の形態例の電子放出源４２が第１の実施の形態例の
電子放出源８と異なるのは微細孔の形状の点である。す
なわち、図４に示したように、電子放出源４２では、微
細孔６ａはスリット状に形成されている。そして、微細
孔６ａ内のカソード電極ライン２の凹部１０内の底部に
は、第１の実施の形態例の場合と同様に、カソード電極
ライン２に電圧を印加しつつ、炭素を主体とするターゲ
ットにレーザ光を照射してレーザアブレーション法によ
り、カーボン膜７が形成されている。

【００３４】したがって、第２の実施の形態例では第１
の実施の形態例と同様の効果が得られることに加えて、
微細孔６ａがスリット状に形成されていることから新た
な効果が得られる。すなわち、カーボン膜７の表面にお
ける電界強度は、第１の実施の形態例の微細孔５の場合
とほとんど同じであり、したがってカソード電極ライン
２とゲート電極ライン４との間に第１の実施の形態例の
場合とほぼ同一の電圧を印加して電子放出源４２を駆動
し、カーボン膜７より電子を放出させることができる。

【００３５】そして、第２の実施の形態例では、微細孔
６ａの底面積が円形の微細孔５の場合より広いので、同
一の電圧により駆動しても全体ではより大きな放出電流
を得ることができる。したがって本実施の形態例の電子
放出源４２では、低い電圧で、より大きな放出電流を獲
得することが可能となる。

【００３６】なお、第２の実施の形態例の電子放出源４
２は、上述のように微細孔がスリット状に形成されてい
る点以外では、上記電子放出源８と基本的に同じ構成と
なっている。そして、電子放出源４２は第１の実施の形
態例の電子放出源８と同様の方法で製造することがで
き、さらに、図７に示した従来のディスプレイ装置２０
を構成する電子放出源１２を電子放出源４２により置き
換えることにより本発明にもとづくディスプレイ装置を
構成することができる。

【００３７】次に本発明の第３の実施の形態例について
説明する。図５は本発明の第３の実施の形態例の電子放
出源の１つの微細孔周辺を拡大して示す部分断面側面図
である。第３の実施の形態例の電子放出源は、カソード
電極ライン、を材料あるいは膜質の異なる２つの層によ
り形成した点で上記第１および第２の実施の形態例と異
なっている。それ以外の点では上記実施の形態例の同様
の構成となっている。以下、第３の実施の形態例に特有
の構成について説明する。

【００３８】図５に示したように、電子放出源４３で
は、カソード電極ライン２ａ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との２層によ
り構成されている。各層の厚さは上層カソード電極ライ
ン２０１が２００ｎｍ程度、下層カソード電極ライン２
０２が１００ｎｍ程度となっている。微細孔５は、ゲー
ト電極ライン４、絶縁層３、ならびに上層カソード電極
ライン２０１を貫通し、下層カソード電極ライン２０２
の表面に至る深さに形成されている。したがって、微細
孔５内のカソード電極ライン２ａの表面には、底部がカ
ソード電極ライン２ａの表面とほぼ平行な凹部１０が形
成されている。

【００３９】そして、この凹部１０内の底部に、第１の
実施の形態例の場合と同様の方法によりカーボン膜７が
形成されている。カーボン膜７は上述のように凹部１０
内の底部に形成されており、したがって、カーボン膜７
の表面は上層カソード電極ライン２０１の縁部１４より
深い位置にある。

【００４０】上層カソード電極ライン２０１および下層
カソード電極ライン２０２の材料あるいは膜質は、相互
にエッチング特性が異なっていることが好ましい。した
がって相互に異種の金属材料、たとえばニオビウムとク
ロムにより形成したり、金属材料と化合物の組み合わせ
にしてたとえばＷ（タングステン）とＷＳｉ₂（珪化タ
ングステン）とにより形成することができる。また、膜
質が相互に異なったものとする場合には、たとえば一方
を多結晶膜、もう一方を非晶質膜とすることができる。

【００４１】このように、カソード電極ライン２ａを下
層カソード電極ライン２０２と上層カソード電極ライン
２０１とにより構成し、そして特に下層カソード電極ラ
イン２０２と上層カソード電極ライン２０１とを異なる
材料あるいは膜質とすることで、上層カソード電極ライ
ン２０１に対して良好な選択的エッチングを行うことが
可能となる。

【００４２】したがって、第３の実施の形態例の電子放
出源４３では、第１の実施の形態例の電子放出源８と同
様の効果が得られることに加えて、各微細孔５ごとに均
一な深さで凹部１０を形成することができ、その結果、
電子放出源４３の全体にわたって均一な強度の電界をカ
ーボン膜７近傍に形成して、均一な放出電流密度を確保
することが可能となる。また、このような電子放出源４
３により構成した本発明のディスプレイ装置２０では、
電子放出源４３の放出電流密度が均一であることから、
輝度にムラのない質の高い画像を表示することができ
る。なお、この第３の実施の形態例でも、微細孔５の形
状をスリット状として放出電流の増大を図ることも無論
可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法に
より製造した電子放出源、および本発明の電子放出源、
ならびに本発明のディスプレイ装置を構成する電子放出
源では、第１の電極に電圧を印加しつつ、炭素を主体と
するターゲットにレーザ光を照射してレーザアブレーシ
ョン法により、微細孔内の第１の電極の凹部内の底部に
炭素の薄膜が形成されている。このように形成された炭
素の薄膜からは、５０Ｖ／μｍ程度あるいはそれ以下の
低強度の電界を印加するのみで、高輝度ディスプレイ装
置に必要な充分な密度の電子が放出される。

【００４４】したがって、絶縁層の厚さをたとえば１μ
ｍ程度に設定すれば、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べき駆動電圧は数十Ｖ以下の低電
圧で済むことになる。また、炭素薄膜は凹部内に形成さ
れ、その表面は凹部の縁より深い位置にある。したがっ
て炭素薄膜には、周辺部より中央部においてより高強度
の電界が印加され、電子は主として炭素薄膜の中央付近
から放出される。その結果、炭素薄膜から放出された電
子は、大部分がゲート電極ラインに流れ込むことなく、
アノード電極ラインに入射し、蛍光体の発光に寄与す
る。また、同じ理由により、炭素薄膜から放出された電
子が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により絶縁層などが劣化すると
いった問題も解消する。

【００４５】そして、炭素薄膜は、本発明の製造方法に
もとづき、絶縁層を形成し、さらに微細孔を形成した後
に成膜することができるので、従来のように炭素薄膜が
プラズマやイオンの影響で劣化するといったことがな
く、炭素薄膜本来の能力を充分に発揮させて高い電子放
出能力を実現できる。さらに、炭素薄膜は平面的に形成
されているので、稼働時に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、円錐形のマイクロチップ
のように形状が変化することがなく、したがって長寿命
である。また、上述のように形成した炭素薄膜はダイヤ
モンド状を呈しており、この点でもスパッタリングの影
響を受けにくく、安定な電子放出を長時間維持すること
ができる。また、マイクロチップのように、放出電子が
広がることがないので、蛍光面における発光領域を縮小
でき、ディスプレイの高精細化に有利である。そして、
微細孔内にマイクロチップが存在しないので、製造時に
第２の電極と電子放出部（炭素薄膜）との間の短絡は生
じ難く、製造歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例の電子放出源を拡大して
示す部分断面側面図である。

【図２】本発明の実施の形態例の電子放出源を示す部分
平面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態例の電子放出源を拡
大して示す部分断面側面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態例の電子放出源を示
す部分平面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態例の電子放出源の１
つの微細孔周辺を拡大して示す部分断面側面図である。

【図６】従来の電子放出源の一例を示す部分断面側面図
である。

【図７】図６の電子放出源により構成した従来のディス
プレイ装置の一例を示す部分斜視図である。

【図８】従来技術による電子放出源の要部を示す部分断
面側面図である。

【符号の説明】

１……下部基板、２……カソード電極ライン、２ａ……
カソード電極ライン、３……絶縁層、４……ゲート電極
ライン、４ａ……ゲート部、５……制御手段、５……微
細孔、６ａ……微細孔、７……カーボン膜、８……電子
放出源、１０……凹部、１２……電子放出源、１４……
縁部、２０……ディスプレイ装置、２１……下部基板、
２２……カソード電極ライン、２３……絶縁層、２５…
…制御手段、２６……微細孔、２７……マイクロチッ
プ、２８……上部基板、３０……アノード電極ライン、
３２……低仕事関数物質層、３３……導電接触層、４０
……電子放出源、４２……電子放出源、４３……電子放
出源、２０１……上層カソード電極ライン、２０２……
下層カソード電極ライン。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に第１の電極と、絶縁層と、第２
   の電極とをこの順番で形成し、前記第２の電極上に開口
   するとともに前記絶縁層を貫通して前記第１の電極に至
   る微細孔を形成する電子放出源の製造方法であって、 前記微細孔内の前記第１の電極表面に、底部が前記第１
   の電極の表面とほぼ平行な凹部を形成し、 前記第１の電極に電圧を印加しつつ、炭素を主体とする
   ターゲットにレーザ光を照射してレーザアブレーション
   法により、前記微細孔内の前記第１の電極の前記凹部内
   の底部に炭素の薄膜を形成することを特徴とする電子放
   出源の製造方法。
2. 【請求項２】 前記微細孔は平面視略円形、またはスリ
   ット状に形成することを特徴とする請求項１記載の電子
   放出源の製造方法。
3. 【請求項３】 前記ターゲットはグラファイトを主成分
   とすることを特徴とする請求項１記載の電子放出源の製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記第１の電極には、グランド電位を基
   準にして負の電圧を印加することを特徴とする請求項１
   記載の電子放出源の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第１の電極は下層電極と上層電極と
   により構成し、前記下層電極は前記基板上に形成し、前
   記上層電極は前記下層電極の上に形成し、前記上層電極
   を選択的にエッチングして前記下層電極の表面に至る前
   記凹部を形成することを特徴とする請求項１記載の電子
   放出源の製造方法。
6. 【請求項６】 前記下層電極と前記上層電極とは異なる
   材料により形成することを特徴とする請求項５記載の電
   子放出源の製造方法。
7. 【請求項７】 前記下層電極および前記上層電極のいず
   れか一方は多結晶膜により構成し、いずれか他方は非晶
   質膜により構成することを特徴とする請求項５記載の電
   子放出源の製造方法。
8. 【請求項８】 基板上に第１の電極と、絶縁層と、第２
   の電極とをこの順番で形成し、前記第２の電極上に開口
   するとともに前記絶縁層を貫通して前記第１の電極に至
   る微細孔を形成した電子放出源であって、 前記微細孔内の前記第１の電極表面に、底部が前記第１
   の電極の表面とほぼ平行な凹部を形成し、 前記第１の電極に電圧を印加しつつ、炭素を主体とする
   ターゲットにレーザ光を照射してレーザアブレーション
   法により、前記微細孔内の前記第１の電極の前記凹部内
   の底部に炭素の薄膜を形成したことを特徴とする電子放
   出源。
9. 【請求項９】 前記微細孔は平面視略円形、またはスリ
   ット状に形成することを特徴とする請求項８記載の電子
   放出源。
10. 【請求項１０】 前記ターゲットはグラファイトを主成
    分とすることを特徴とする請求項８記載の電子放出源。
11. 【請求項１１】 前記第１の電極には、グランド電位を
    基準にして負の電圧を印加することを特徴とする請求項
    ８記載の電子放出源。
12. 【請求項１２】 前記第１の電極は、前記基板上に形成
    された下層電極と、前記下層電極の上に形成された上層
    電極とから成ることを特徴とする請求項８記載の電子放
    出源。
13. 【請求項１３】 前記下層電極と前記上層電極とは異な
    る材料により形成することを特徴とする請求項１２記載
    の電子放出源。
14. 【請求項１４】 前記下層電極および前記上層電極のい
    ずれか一方は多結晶膜により構成し、いずれか他方は非
    晶質膜により構成することを特徴とする請求項１２記載
    の電子放出源。
15. 【請求項１５】 第１の基板上に第１の電極と、絶縁層
    と、第２の電極とをこの順番で形成し、前記第２の電極
    上に開口するとともに前記絶縁層を貫通して前記第１の
    電極に至る微細孔を形成し、前記微細孔内の前記第１の
    電極表面に、底部が前記第１の電極の表面とほぼ平行な
    凹部を形成し、前記第１の電極に電圧を印加しつつ、炭
    素を主体とするターゲットにレーザ光を照射してレーザ
    アブレーション法により、前記微細孔内の前記第１の電
    極の前記凹部内の底部に炭素の薄膜を形成した電子放出
    源と、 前記電子放出源との間に間隔をおき前記電子放出源に対
    向して配設されたアノード電極および前記アノード電極
    上に形成された蛍光面を含む第２の基板とを有し、 前記第１および第２の電極の間に電圧を印加して前記電
    子放出源より電子を放出させ、前記電子を前記蛍光面に
    入射させて前記蛍光面を発光させることを特徴とするデ
    ィスプレイ装置。
16. 【請求項１６】 前記微細孔は平面視略円形、またはス
    リット状に形成することを特徴とする請求項１５記載の
    ディスプレイ装置。
17. 【請求項１７】 前記ターゲットはグラファイトを主成
    分とすることを特徴とする請求項１５記載のディスプレ
    イ装置。
18. 【請求項１８】 前記第１の電極には、グランド電位を
    基準にして負の電圧を印加することを特徴とする請求項
    １５記載のディスプレイ装置。
19. 【請求項１９】 前記第１の電極は、前記第１の基板上
    に形成された下層電極と、前記下層電極の上に形成され
    た上層電極とから成ることを特徴とする請求項１５記載
    のディスプレイ装置。
20. 【請求項２０】 前記下層電極と前記上層電極とは異な
    る材料により形成されていることを特徴とする請求項１
    ９記載のディスプレイ装置。
21. 【請求項２１】 前記下層電極および前記上層電極のい
    ずれか一方は多結晶膜であり、いずれか他方は非晶質膜
    であることを特徴とする請求項１９記載のディスプレイ
    装置。