JP2001160355A

JP2001160355A - 電子放出素子及び画像表示装置

Info

Publication number: JP2001160355A
Application number: JP34331599A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sasakuri; 大助笹栗
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2001-06-12

Abstract

(57)【要約】【課題】製造を容易にしつつ、電子軌道を収束させる
ことの可能な電子放出素子及び画像表示装置を提供す
る。【解決手段】絶縁性の基板１と、基板１上に形成され
た導電性の電極層２と、電極層２と接続された、電子を
放出する露出しているエミッタ３と、電極層２上であっ
て、基板１とは逆の面に形成された絶縁層４と、絶縁層
４上であって、電極層２とは逆の面に形成されると共
に、エミッタ３の周囲に少なくとも１以上形成された、
絶縁層４を露出させる領域６を有するゲート電極５と、
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子及び
これを用いた画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電界を用いた電子放出素子には電
子放出部を先鋭に加工したものや、金属−絶縁層−金属
構造を用いたＭＩＭ型のもの、表面伝導型電子放出素子
等が盛んに研究されている。

【０００３】電子放出部を先鋭に加工したものの代表的
な例としては、C.A.Spindt,J.Appl.Phys.,47,5248(197
6)に開示されているものなどがある。また、ＭＩＭ型
は、C.A.Mead,“Operation of Tunne1-Emission Device
s",J.Appl.Phys.,32,8,89(1956)等に開示されている。

【０００４】表面伝導型は、M.Ｉ.Elinnsoi,Radio Eng.
Electron Phys.,10(1965)に記載されているもの等があ
る。

【０００５】電界による固体からの電子放出には、３×
１０⁷Ｖ／ｃｍ程度の電界強度が必要で、電子を放出す
るエミッタを先鋭化したり、もしくは、エミッタと電子
を引き出すゲート電極間の距離を狭くする工夫がなされ
る。

【０００６】先鋭なエミッタ構造の作製方法としては、
スピント法と呼ばれる斜方回転蒸着を用いたものや、ド
ライエッチング技術の等方性を利用したもの、また、単
結晶シリコン基板の鋳型を利用したもの等が広く知られ
ている。

【０００７】上記のような電子放出素子を高精細な画像
表示装置に応用する場合、電子放出素子から放出された
電子の広がりを抑制できる素子構造が要求される。

【０００８】例えばＭＩＭ型電子放出素子は、電子の放
出機構から電子の広がりが少ない電子放出素子であるこ
とが知られている。

【０００９】一方、スピント型に代表される先鋭なエミ
ッタから電子を放出させる素子について図１３を参照し
て説明する。図１３に、従来の電子放出素子の一例の構
造図を示す。

【００１０】スピント型に代表される先鋭なエミッタか
ら電子を放出させる場合、図１３に示すように、電極層
２と接続しているエミッタ３の先端形状とエミッタ３−
ゲート電極５間に印加される電界により、蛍光体を具備
するアノード電極７に向かう電子が放物線状に広がって
しまう。

【００１１】すなわち、図１３中において点線により記
されている等電位面が、電子を広げる方向に存在してい
る。

【００１２】近年では、この電子ビームの広がりを抑制
するために収束電極を併せ持つ構造の電子放出素子が提
案され、このような技術が、特開平６−２４３７７７号
公報や特開平７−２９４８４号公報等に開示されてい
る。

【００１３】また、特開平９−８２２１３号公報におい
ては、エミッタ電極を加工し、電子を収束させる構造も
提案されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術においては、放出される電子の軌道の収
束性を向上させることができないという問題点を有して
いる。

【００１５】すなわち、画像表示装置を実現するために
は、電子放出素子に対向して配置した蛍光体からなるア
ノード電極に、電子放出素子から放出した電子を衝突、
発光させる。

【００１６】この際、高精細な画像表示装置では、電子
軌道を収束させ、発光領域を小さくし、かつ隣接した蛍
光体に電子が到達しないようにしなければならない。

【００１７】更に、電子放出素子サイズの小型化、作製
の容易さ等が要求される。

【００１８】電子軌道の広がりを抑制する方法として
は、先述のように、エミッタ、ゲート電極の他に、収束
電極を用いた構造が、特開平７−２９４８４号公報や特
開平６−２４３７７７号公報に開示されている。

【００１９】ここで、上記特開平７−２９４８４号公報
に開示された技術について図１４に示し、特開平６−２
４３７７７号公報に開示された技術について図１５に示
す。図１４及び図１５に、従来の電子放出素子の一例の
構造図を示す。また、図１４及び図１５において、前述
の図１３に示される部材と同様の部材には同じ番号を付
す。

【００２０】図１４及び図１５において、８は第２の絶
縁層、９は収束電極である。従来の技術では、このよう
な収束電極９により電子を収束させることができるとし
ている。

【００２１】しかしながら、上記図１４及び図１５に示
されるような構造は、多くの成膜工程及びエッチング工
程が必要で高度な微細加工技術が要求される。

【００２２】このため、電子放出素子間のばらつき防止
や大面積の画像表示装置を均一に製造するのは困難であ
った。

【００２３】更に、これらの収束方法では、素子を駆動
する場合、電子を放出するのに用いる駆動電源とは別
に、収束に用いる電源が余分に必要となり、表示装置の
コストが増大してしまう。

【００２４】また、特開平９−８２２１３号公報に開示
されている手法についても、電子軌道を収束させるため
の電極の加工を必要とし、素子形成の複雑化を免れられ
なく、また、収束電極を露出する必要があり、高集積化
に不利であった。

【００２５】また、従来の電子放出素子にはその製造方
法にも制限があり、汎用性が少なかった。

【００２６】本発明は、上記のような従来技術の課題を
解決するためになされたものであって、製造を容易にし
つつ、電子軌道を収束させることの可能な電子放出素子
及び画像表示装置を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る電子放出素子は、基板と、前記基板上
に形成された電極層と、前記電極層と接続されたエミッ
タと、前記基板及び電極層との間に絶縁層を介在させ
て、前記エミッタの周辺に形成されるゲート電極と、を
備え、前記ゲート電極は、前記絶縁層を露出させる開口
領域を備えていることを特徴とする。

【００２８】また、前記ゲート電極は、前記開口領域よ
りもエミッタに近接した第１の電極領域と、該第１の電
極領域と開口領域の外側の電極領域とを接続する接続電
極領域とを備えることを特徴とする。

【００２９】また、前記エミッタは、少なくとも一部に
鋭端な部分を有する鋭化エミッタであることを特徴とす
る。

【００３０】また、前記電極層上にエミッタ層を形成
し、前記エミッタは、前記絶縁層から露出した前記エミ
ッタ層の少なくとも一部により形成されることを特徴と
する。

【００３１】また、前記エミッタ層は、前記電極層上の
少なくとも一部に形成されていることを特徴とする。

【００３２】また、前記開口領域が、前記絶縁層の途中
まで到達していることを特徴とする。

【００３３】また、前記開口領域が、前記絶縁層を貫通
して前記電極層まで到達していることを特徴とする。

【００３４】また、前記開口領域が、少なくとも１以上
の部分楕円状開口領域を含むことを特徴とする。

【００３５】また、前記開口領域が、複数の独立した微
小開口領域が島状に点在する島状開口領域を含むことを
特徴とする。

【００３６】また、前記開口領域が、複数の前記エミッ
タを囲んでいることを特徴とする。

【００３７】また、前記複数のエミッタのうちの少なく
とも１つが、独立に電子を放出し得る電子放出部分であ
ることを特徴とする。

【００３８】また、前記絶縁層が、それぞれが誘電率の
異なる少なくとも２以上の絶縁材料により積層されると
共に、これらの絶縁材料が前記電極層側から前記ゲート
電極側に向かって誘電率が小さくなっていくように積層
されることを特徴とする。

【００３９】さらに、本発明に係る画像表示装置は、電
子が衝突することにより発光する発光体が形成されるプ
レートと、該プレートから所定間隔をおいて配置された
上記電子放出素子と、前記プレートに形成され、前記電
子放出素子から放出された電子を前記プレートに引き付
けるための電圧が印加される電極と、を備えることを特
徴とする。

【００４０】したがって、本発明に係る電子放出素子及
び画像表示装置によれば、エミッタの周囲に形成容易な
開口領域を形成しているため、絶縁層に延存している等
電位面がこの開口領域から絶縁層の外部に染み出し、エ
ミッタの周囲に等電位面の壁が形成されるため、エミッ
タから放出された電子の電子軌道を収束させることがで
きる。

【００４１】また、エミッタが、少なくとも一部に鋭端
な部分を有する鋭化エミッタであることから、電子の放
出をより容易に実行することができる。

【００４２】また、エミッタが電極層上の少なくとも一
部に形成されたエミッタ層により構成されるため、より
容易にエミッタを作成することができる。

【００４３】また、開口領域が絶縁層の途中まで、若し
くは電極層まで貫通しているため、等電位面の染み出し
をより効果的に行なうことができる。

【００４４】また、開口領域が部分楕円状開口領域を含
むため、エミッタを開口領域によって容易に囲むことが
できる。なお、ここでの部分楕円状開口領域とは、円を
含む楕円の一部の形状をした開口領域のことをいう。す
なわち、開口領域の一部若しくは全てが部分楕円状開口
領域であって良く、また、少なくとも１以上のそれぞれ
が異なる又は同様の部分楕円状開口領域がエミッタの周
囲を囲んでいる。

【００４５】また、開口領域が島状開口領域を含むた
め、エミッタを開口領域によって容易に囲むことができ
る。なお、ここでの島状開口領域とは、円を含む楕円の
形状や、三角形や四角形その他の任意の多角形の形状を
した開口領域のことをいう。すなわち、開口領域の一部
若しくは全てが島状開口領域であって良く、また、少な
くとも１以上のそれぞれが異なる又は同様の形状の島状
開口領域がエミッタの周囲を囲んでいる。

【００４６】また、開口領域が複数のエミッタを囲んで
いるため、電子軌道を収束しつつ、エミッタから放出さ
れる電子量を容易に調整することができる。

【００４７】また、エミッタのそれぞれが独立に電子を
放出し得る電子放出部分であるため、これら独立のエミ
ッタのそれぞれを１つの画素とすることができる。

【００４８】また、絶縁層が少なくとも２以上の絶縁材
料により積層されると共に、これらの絶縁材料の誘電率
が電極層側からゲート電極側に向かって小さくなってい
くように積層したため、電界が誘電率の小さな材料に偏
り、等電位面の染み出しをより大きくすることができ、
電子軌道の収束性をさらに向上させることができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００５０】（電子放出素子の実施形態）まず、本発明
に係る電子放出素子の一実施形態について図１を参照し
て説明する。図１に、本発明に係る電子放出素子の一実
施形態の構造図を示す。また、以降の図面において、前
述の図１３から図１５及び既に説明した図面に記載され
た部材と同様の部材については同じ符号を付す。

【００５１】図１の（ａ）に示されるように、本発明に
係る電子放出素子の一実施形態は、本発明に係る絶縁性
の基板としての石英等の基板１上に、本発明に係る電極
層としての金属や半導体からなる電極層２を形成し、本
発明に係るエミッタの鋭化エミッタとしての先端を鋭く
尖らせた電子を放出するエミッタ３をＭｏ、Ｗ、Ｓｉ等
その他の導電体や半導体を用いて形成する。

【００５２】エミッタ３から電子を引き出す本発明に係
るゲート電極としてのゲート電極５は、電極層２上に本
発明に係る絶縁層としての絶縁層４を介して形成され
る。

【００５３】更に、エミッタ３の周辺を取り囲むよう
に、ゲート電極５の一部にゲート電極を除去した本発明
に係る開口領域としての領域６を形成する。

【００５４】領域６は、後述するようにフォトリソグラ
フィー技術及びエッチング技術により形成するとして良
いが、本発明においてはこのような技術で領域６を形成
する場合に限定されるものではなく、その他の適宜な技
術を用いて良い。

【００５５】このゲート電極５を除去する領域６は、図
１の（ｂ）に示すような、本発明に係る部分楕円状開口
領域としての部分楕円状でも良いし、複数の穴をエミッ
タ周辺に配置しても良い。

【００５６】そして、図１の（ｂ）に示されるようにゲ
ート電極５は、エミッタ３に近接した本発明に係る第１
の電極領域としての領域と、領域６の間に形成される、
領域６の外側と内側とを接続する本発明に係る接続電極
領域としての領域とで形成される。

【００５７】次に本発明に係る電子放出素子の一実施形
態を実際に駆動した場合について図２を参照して説明す
る。図２に、図１に示される電子放出素子を実際に駆動
する際の模式図を示す。

【００５８】図２に示される例は、本発明に係る電子放
出素子を画像表示装置に適用した場合の例である。した
がって、図２に示される装置は、本発明に係る画像表示
装置の実施形態でもある。

【００５９】図２に示されるように、図１で示した電子
放出素子の上部に、本発明に係るプレート（不図示）に
形成された本発明に係る電極としてのアノード電極７を
配置し、アノード電極７に電圧Ｖａを印加すると、エミ
ッタ３から放出された電子ｅがアノード電極７に到達す
る。

【００６０】ここで、アノード電極７に蛍光体を用いる
と、衝突した電子により発光し像を表示することができ
る。

【００６１】次に、本発明に係る電子放出素子の電子軌
道の収束効果について図３を参照して説明する。図３
に、図１に示される電子放出素子の電位分布及び電子軌
道の概念図を示す。図３及び以下に示される図面では、
等電位面を破線で示す。

【００６２】また、以下の説明においては、前述の図１
３に示される電子放出素子を収束構造を持たない電子放
出素子の一例として比較して説明する。

【００６３】駆動条件は一例として、図３及び図１３に
示される電子放出素子においてそれぞれゲート電極５へ
の印加電圧Ｖｇを１００Ｖ、アノード電極７への印加電
圧Ｖａを５００Ｖとして用いた。また、絶縁層４に０．
５μｍのＳｉＯ₂を用いている。もちろんこれらの値は
一例であり、その他の適宜な値をとることができる。

【００６４】スピント型に代表される先鋭なコーン型エ
ミッタであるエミッタ３から電子が放出される電子放出
素子においては、エミッタ３から放出された電子の初速
方向は、エミッタ３先端の曲率とエミッタ３周辺の電界
分布で決定される。

【００６５】したがって、従来の収束構造を持たない素
子構造では、図１３に示すように電子は放物線状に広が
ってしまう。

【００６６】一方、本実施形態の電子放出素子のよう
に、エミッタ３の周辺を囲むようにゲート電極５を取り
除いた領域６を形成すると、電極層２とゲート電極５間
で形成される電位の等電位面が、ゲート電極５を取り除
いた領域６を通して素子上部に染み出してくる。

【００６７】このため、エミッタ３から放出された電子
の電子軌道は、図３に示すように、領域６上に形成され
た電位の壁により電子軌道が遮蔽され、収束する。これ
により電子ビームが収束する。

【００６８】更に、収束構造を持たない図１３の構造で
は、素子上部の電位分布が凸形になり、電子が広がる傾
向にあるのに対し、本実施形態の電子放出素子では図３
に示すように素子上部の電位分布が凹形になり電子の収
束効果が大きくなる。

【００６９】一方、本実施形態の電子放出素子は、図４
に示すように、ゲート電極５の開口部である領域６が、
電極層２と絶縁層４の積層上に無い場合でも、電極層２
からの等電位面の染み出しにより電子軌道を制御でき
る。ここで、図４に、図１に示される電子放出素子にお
いて、電極層が基板の一部に形成される場合の構造図を
示す。

【００７０】この場合、積層構造上に開口部としての領
域６が存在する場合に比べ、染み出しの効果は弱まる
が、後述する収束効果の制御方法で、十分な効果が得ら
れる。

【００７１】また本発明の電子放出素子は、図５に示す
ように、ゲート電極内に複数のエミッタが形成された場
合でも、同様の効果が得られる。図５に、図１に示され
る電子放出素子においてエミッタを複数形成した場合の
構造図を示す。

【００７２】また、本実施形態の電子放出素子では、図
１２に示すようにエミッタ３として、カーボン、ダイヤ
モンド、金属、半導体の炭化物、窒化物を用いた平面横
造のエミッタにおいても同様の効果が得られる。ここ
で、図１２に、図１に示される電子放出素子において、
平面構造のエミッタを採用した場合の構造図を示す。こ
の平面構造のエミッタ３が、本発明に係るエミッタ層と
なる。

【００７３】また、ここで用いる電子放出部としてのエ
ミッタ３の材料は、ゲート電極５とエミッタ３との間の
距離、エミッタ３の仕事関数等により、電子放出可能な
材料を選択すればよい。

【００７４】次に、本発明に係る電子放出素子の一実施
形態を用いて、電子軌道の収束効果を制御する方法につ
いて説明する。

【００７５】本発明に係る電子放出素子の一実施形態で
は、例えば図１に示される一実施形態を例に挙げると、
絶縁層４の誘電率ε（絶縁層の誘電率をε、真空中の誘
電率をε₀、比誘電率をε_rとするとε＝ε_r・ε₀である
から真空その他の気体に対する比誘電率でも良い。）を
変化させることで、ゲート電極５を除去した領域６の上
部に染み出す等電位面の形状を制御することができる。

【００７６】上記制御について図６を参照して説明す
る。図６に、図１に示される電子放出素子において絶縁
層の誘電率を変化させた場合の電位分布の概略図を示
す。

【００７７】例えば、図６の（ａ）では、絶縁層４の比
誘電率をε_r＝４とし、図６の（ｂ）では比誘電率をε_r
＝２０とした場合を示す。

【００７８】図６に示されるように、誘電率（比誘電
率）が大きいほうが染み出す電位が大きくなり、より収
束効果が得られる。

【００７９】これは、誘電率の大きな材料と小さな材料
に電圧を印加した場合、電界は誘電率の小さな材料に偏
り、この結果、本実施形態の電子放出素子の場合、絶縁
層４に比べ、ゲート電極５を除去した領域６上の真空中
に等電位面が大きく染み出させることができる。

【００８０】このようにして絶縁層４の誘電率を変化さ
せて、等電位面の染み出しを制御する場合の選択するべ
き誘電率は、駆動条件、絶縁層の厚さ、素子とアノード
電極間の距離等により最適な材料を選択すれば良い。

【００８１】また上記の効果を応用して、絶縁層４を少
なくとも二つ以上の誘電率の異なる絶縁材料を用いて積
層する場合も等電位面の染み出しを制御できる。

【００８２】この場合の制御について図７を参照して説
明する。図７に、図１に示される電子放出素子におい
て、絶縁層を誘電率の異なる２層で形成した場合の概略
図を示す。

【００８３】例えば、図７に示すように比誘電率ε_rが
４のＳｉＯ₂と、比誘電率ε_rが１０のＡｌ₂Ｏ₃を用いて
絶縁層を形成する。

【００８４】ＳｉＯ₂層４２がＡｌ₂Ｏ₃層４１よりもゲ
ート電極５側になるように積層した場合、電界は比誘電
率の小さなＳｉＯ₂側で強くなる。

【００８５】この結果、ゲート電極５を除去した領域６
からの等電位面の染み出しが、単層の絶縁層の場合に比
べ大きくなる。この結果、電子軌道の収束効果を大きく
することができる。

【００８６】このように、本発明に係る電子放出素子の
一実施形態においては、領域６から染み出した等電位面
が電位の壁となることにより、簡単に製造することがで
き、エミッタ３から放出された電子の軌道を収束させる
ことができる。

【００８７】（画像表示装置の実施形態）次に、本発明
に係る画像表示装置について説明する。図８に、本発明
に係る画像表示装置の一実施形態の概略図を示す。

【００８８】図８に示される画像表示装置においては、
本発明に係るゲート電極としてのゲート電極５側にｘ方
向配線、本発明に係るエミッタとしてのエミッタ３側に
ｙ方向配線をそれぞれ接続している。

【００８９】それぞれの電子放出素子上部には、本発明
に係るプレート（不図示）上に形成された、電圧が印加
される不図示の本発明に係る発光体としての蛍光体を具
備する、本発明に係る電極としての陽極が配置され、ｘ
方向配線とｙ方向配線の入力信号に応じた電子放出素子
から電子が放出され、上部の蛍光体に衝突、発光し画像
を表示する。

【００９０】また、ゲート電極５上においては、エミッ
タ３を囲うようにゲート電極５を除去した、本発明に係
る開口領域の部分楕円状開口領域としての領域６が形成
され、前述の電子放出素子の一実施形態の説明と同様
に、この領域６から等電位面が染み出し、蛍光体に衝突
する電子の軌道を収束させている。

【００９１】したがって、本発明に係る画像表示装置の
一実施形態においては、放出される電子の軌道を収束さ
せることができるので、電子が衝突することにより表示
される画像の精密性を向上させることができる。

【００９２】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。

【００９３】（実施例１）本発明の実施例を、図１に示
される本発明に係る電子放出素子の一実施形態に適用し
た場合を例に図１を参照しつつ説明する。

【００９４】（工程１）十分に洗浄した石英の基板１
に、電極層２としてＡｌを蒸着法にて堆積し、その上に
絶縁層４としてＳｉＯ₂を０．５μｍスパッタ法で積層
した。

【００９５】次に、絶縁層４上にスパッタ法でＭｏ層を
０．３μｍ堆積し、後のゲート電極５となる層を形成し
た。

【００９６】更に、フォトリソグラフィー工程で、Ｍｏ
層の一部を０．７μｍの円形で開口し、フォトレジスト
層を残したまま斜方蒸着によりＭｏ層を成膜することで
先鋭なエミッタ３を形成し、レジスト層でＭｏ層をリフ
トオフした。

【００９７】（工程２）次に、フォトリソグラフィー工
程で、エミッタ３を取り囲むようにゲート電極層５の一
部を除去し、レジストを剥離した。

【００９８】本工程で除去した領域６は、長さ２．５μ
ｍ、幅１μｍのスリットを４領域、エミッタを取り囲む
ように配置した（図１の（ｂ）参照）。

【００９９】上記のように作製した素子の上部に１ｍｍ
の距離を隔てて５００Ｖの電圧を印加した蛍光体を配置
し、ゲート電圧を１００Ｖで駆動したところ、良好な電
子軌道が得られた。

【０１００】（実施例２）次に、実施例１と同様の方法
で電子放出素子を作製した。ただし、絶縁層をＡｌ₂Ｏ₃
層及びＳｉＯ₂層の２層にし、ＳｉＯ₂層がＡｌ₂Ｏ₃層上
に積層されるように形成した。すなわち、その概略構造
は、図７に示されるようになる。

【０１０１】Ａｌ₂Ｏ₃層を０．２μｍ、ＳｉＯ₂層を
０．３μｍとした。実施例１と同様の条件で駆動したと
ころ、より収束した電子ビームが得られた。

【０１０２】（実施例３）実施例３の電子放出素子につ
いて図９を参照して説明する。図９に、本発明に係る電
子放出素子の実施例の構造図を示す。

【０１０３】実施例３は、実施例１と同様にして電子放
出素子を作製した。ただし、エミッタ３の周辺には、ゲ
ート電極５を除去する領域６として、図９の（ａ）及び
図９の（ｂ）に示されるように複数の穴を配置した。穴
径は０．３μｍとした。この穴が本発明に係る島状開口
領域となる。

【０１０４】上記の電子放出素子を駆動したところ良好
な特性が得られた。また、上記の開口部としての領域６
を複数のナノスケールの穴で形成した場合も同様の効果
が得られた。

【０１０５】（実施例４）実施例４の電子放出素子につ
いて図１０を参照して説明する。図１０に、本発明に係
る電子放出素子の実施例の構造図を示す。

【０１０６】実施例１と同様の方法で、１０×１０個
の、本発明に係る電子放出部としての、独立に駆動し得
る電子放出素子を作製した（図１０では簡単のため３つ
のエミッタ３しか示していない。）。

【０１０７】ただし、ゲート電極５を除去する領域６は
１０×１０個の電子放出素子全体を取り囲むように配置
した。

【０１０８】上記のように作製した電子放出素子から良
好な電子放出特性が得られ、また、大きな電流密度が得
られた。

【０１０９】（実施例５）実施例５の電子放出素子につ
いて図１１を参照して説明する。図１１に、本発明に係
る電子放出素子の実施例の構造図を示す。

【０１１０】実施例１と同様の方法で電子放出素子を作
製した。ただし、ゲート電極５を除去する工程で、絶縁
層４の途中までエッチングし除去した。すなわち、領域
６が、絶縁層４の途中まで貫通している実施例である。
なお、本発明は、このような実施例に限定されるもので
はなく、領域６が電極層２まで貫通しているような構成
であっても良い。

【０１１１】本実施例においては、領域６から染み出る
等電位面が大きくなり、大きな電子収束効果を得ること
ができた。

【０１１２】（実施例６）実施例１乃至５の電子放出素
子を用いて、１００×１００のマトリクス駆動可能な画
像表示装置を製造した。結果、高精細な画像表示装置が
作製できた。

【０１１３】（実施例７）実施例７の電子放出素子につ
いて図１２を参照して説明する。図１２は、前述のよう
に、図１に示される電子放出素子において、平面構造の
エミッタを採用した場合の構造図であると共に、本発明
に係る電子放出素子の実施例の構造図でもある。

【０１１４】図１２に示すような構造で、電子放出部と
してのエミッタ３をグラファイトを用いて、電子放出部
としてのエミッタ３の周辺のゲート電極５を除去した。
この結果、良好な電子放出特性が得られた。

【０１１５】また、ダイヤモンドやカーボン等の炭素系
材料は、良好な電子放出特性を示すことが知られてお
り、本発明に係る電子放出素子では、上記各実施形態及
び実施例において、エミッタ３としてこれらの電子放出
材料を用いることでも同様の効果が得られた。

【０１１６】ここで、上記説明においては、本発明に係
る電子放出素子を画像表示装置に適用する場合を例に説
明したが、本発明はこのような場合に限定されるもので
はない。

【０１１７】たとえば、本発明に係る電子放出素子を画
像形成装置に適用することができる。すなわち本発明に
係る電子放出素子により画像に応じて電子を放出させ、
この放出させた電子により例えば感光ドラム等の像担持
体に潜像を形成する。

【０１１８】そして、像担持体に形成された潜像を現像
することにより、紙などのシート材に画像を形成すると
して良い。

【０１１９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、エ
ミッタ周辺を取り囲むように、ゲート電極の一部を除去
した開口領域を形成し、この開口領域から等電位面を染
み出させ電位の壁を設けたことにより、エミッタから放
出された電子の軌道を容易に収束させることが可能な電
子放出素子及び画像表示装置を提供することができる。

【０１２０】さらに、放出される電子の軌道を収束させ
ることができるので、高精細な画像を表示することが可
能な画像表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子放出素子の一実施形態の構造
図である。

【図２】図１に示される電子放出素子を実際に駆動する
際の模式図である。

【図３】図１に示される電子放出素子の電位分布及び電
子軌道の概念図である。

【図４】図１に示される電子放出素子において、電極層
が基板の一部に形成される場合の構造図である。

【図５】図１に示される電子放出素子においてエミッタ
を複数形成した場合の構造図である。

【図６】図１に示される電子放出素子において絶縁層の
誘電率を変化させた場合の電位分布の概略図である。

【図７】図１に示される電子放出素子において、絶縁層
を誘電率の異なる２層で形成した場合の概略図である。

【図８】本発明に係る画像表示装置の一実施形態の概略
図である。

【図９】本発明に係る電子放出素子の実施例の構造図で
ある。

【図１０】本発明に係る電子放出素子の実施例の構造図
である。

【図１１】本発明に係る電子放出素子の実施例の構造図
である。

【図１２】図１に示される電子放出素子において、平面
構造のエミッタを採用した場合の構造図である。

【図１３】従来の電子放出素子の一例の構造図である。

【図１４】従来の電子放出素子の一例の構造図である。

【図１５】従来の電子放出素子の一例の構造図である。

【符号の説明】

１基板２電極層３エミッタ４絶縁層５ゲート電極６領域７アノード電極８第２の絶縁層９収束電極４１Ａｌ₂Ｏ₃層４２ＳｉＯ₂層ｅ電子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に形成された電極層と、前記電極層と接続されたエミッタと、前記基板及び電極層との間に絶縁層を介在させて、前記
エミッタの周辺に形成されるゲート電極と、を備え、前記ゲート電極は、前記絶縁層を露出させる開口領域を
備えていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記ゲート電極は、前記開口領域よりも
エミッタに近接した第１の電極領域と、該第１の電極領
域と開口領域の外側の電極領域とを接続する接続電極領
域とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電子放
出素子。
【請求項３】前記エミッタは、少なくとも一部に鋭端な部分を有する鋭化エミッタであ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素
子。
【請求項４】前記電極層上にエミッタ層を形成し、前記エミッタは、前記絶縁層から露出した前記エミッタ
層の少なくとも一部により形成されることを特徴とする
請求項１から３のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項５】前記エミッタ層は、前記電極層上の少なくとも一部に形成されていることを
特徴とする請求項４に記載の電子放出素子。
【請求項６】前記開口領域が、前記絶縁層の途中まで到達していることを特徴とする請
求項１から５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項７】前記開口領域が、前記絶縁層を貫通して前記電極層まで到達していること
を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電
子放出素子。
【請求項８】前記開口領域が、少なくとも１以上の部分楕円状開口領域を含むことを特
徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電子放
出素子。
【請求項９】前記開口領域が、複数の独立した微小開口領域が島状に点在する島状開口
領域を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか
１項に記載の電子放出素子。
【請求項１０】前記開口領域が、複数の前記エミッタを囲んでいることを特徴とする請求
項１から９のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１１】前記複数のエミッタのうちの少なくと
も１つが、独立に電子を放出し得る電子放出部分であることを特徴
とする請求項１０に記載の電子放出素子。
【請求項１２】前記絶縁層が、それぞれが誘電率の異なる少なくとも２以上の絶縁材料
により積層されると共に、これらの絶縁材料が前記電極
層側から前記ゲート電極側に向かって誘電率が小さくな
っていくように積層されることを特徴とする請求項１か
ら１１のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項１３】電子が衝突することにより発光する発
光体が形成されるプレートと、該プレートから所定間隔をおいて配置された上記請求項
１から１２のいずれか１項に記載の電子放出素子と、前記プレートに形成され、前記電子放出素子から放出さ
れた電子を前記プレートに引き付けるための電圧が印加
される電極と、を備えることを特徴とする画像表示装
置。