JP2001216885A

JP2001216885A - 電界放出型電子放出素子および電界放出型電子放出素子アレイおよび電界放出型電子放出素子の製造方法および電界放出型電子放出素子アレイの製造方法およびディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2001216885A
Application number: JP2000032693A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Murai; 俊晴村井; Yasuyuki Takiguchi; 康之滝口; Tadao Katsuragawa; 忠雄桂川; Okitoshi Kimura; 興利木村; Hiroyuki Takahashi; 裕幸高橋; Tomohiro Inoue; 智博井上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出効率を高めて、より低電圧で電子を
放出させることの可能な電界放出型電子放出素子および
電界放出型電子放出素子アレイを提供する。【解決手段】１つのカソード電極２上に形成されるエ
ミッター５は、複数の三角柱形状要素から構成されてい
る。すなわち、カソード基板１上に形成されたカソード
電極２上には、先端が鋭利な連続した稜線を持つエミッ
ター５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、電界放出型電子放
出素子および電界放出型電子放出素子アレイおよび電界
放出型電子放出素子の製造方法および電界放出型電子放
出素子アレイの製造方法およびディスプレイ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電界放出型電子放出素子としては、現
在、Spindt（スピント）型と呼ばれる円錐形状のエミッ
ターを用いることが主流になっている。Spindt（スピン
ト）型と呼ばれる円錐形状のエミッターは、ＳｉＯ₂な
どの絶縁層に直径１〜２μｍ程度のピンホールを開け、
回転斜方蒸着法により基板を回転させながら斜方蒸着に
より剥離層を形成し、その後に、基板に対して垂直の方
向からエミッター形成材料を蒸着し、最後に剥離層ごと
リフトオフすることにより形成される。このとき蒸着さ
れる材料自身によりピンホール径が徐々に小さくなるこ
とにより円錐形状になる。

【０００３】また、Spindt（スピント）型のエミッター
の形成材料としては、ＭｏやＮｉなどの金属材料が一般
的に使用されているが、これらの材料は、電子放出部分
に大気中の水素などのガスが吸着すると仕事関数が変化
して経時的に放出電流が変動するという欠点がある。こ
れを防止するために超高真空に封止する必要があり、こ
れがさらに信頼性の向上を阻害するとともに一層の高コ
スト化の要因になっている。このような問題を解決する
ための材料として、フラーレンやカーボンナノチューブ
などの炭素系材料が注目されている。これらの炭素系材
料は、吸着原子による仕事関数の変動が小さく、安定な
放出電流が得られるという利点を持っている。特に、カ
ーボンナノチューブは、高アスペクト比という形状的特
徴からも電子放出源に適している。

【０００４】特開平１０−１４９７６０号には、カーボ
ンナノチューブをエミッターとして用いるために、例え
ばグラファイト棒を通電加熱するなどして昇華させた炭
素を単純にカソード基板上に析出させてカーボンナノチ
ューブの層を形成し、その後でリソグラフィ技術により
所望のパターニングを行なう技術が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなエミッターの製造方法では、基板を回転させな
がらピンホール周辺において均一な円形の剥離層を形成
するための制御が困難で歩留まりが低い上に、特殊な蒸
着法のために専用の装置が必要となるために、製造コス
トが極めて高くなるという問題があった。

【０００６】また、従来の電界放出型電子放出素子で
は、電子放出効率を高めるには限界があった。すなわ
ち、特開平１０−１４９７６０号に示されている技術で
は、カーボンナノチューブの方向がばらばらで電子放出
の効率が上がらないという問題があった。また、リソグ
ラフィの工程が入ることにより、製造コストが上昇する
ばかりでなく、連続した稜線を持つエミッターの稜線先
端部分だけにカーボンナノチューブを固着させるのが技
術的に困難であるという問題もあった。

【０００７】本発明は、電子放出効率を高めて、より低
電圧で電子を放出させることの可能な電界放出型電子放
出素子および電界放出型電子放出素子アレイを提供する
ことを目的としている。

【０００８】また、本発明は、制御が簡単であり量産性
が高く、また、特殊な工程がなく低コスト化を図ること
の可能な電界放出型電子放出素子の製造方法および電界
放出型電子放出素子アレイの製造方法を提供することを
目的としている。

【０００９】また、本発明は、高性能のディスプレイ装
置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、カソード基板上に形成さ
れたカソード電極上に、先端が鋭利な連続した稜線を持
つエミッターが形成されていることを特徴としている。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、カソード基
板上に形成されたカソード電極上に、連続した稜線を持
つエミッターが形成されており、連続した稜線を持つ前
記エミッターの稜線先端部分には、炭素系材料が固着さ
れていることを特徴としている。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の電界放出型電子放出素子において、前記炭素系材料
は、カーボンナノチューブであることを特徴としてい
る。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれか一項に記載の電界放出型電子放出
素子において、前記エミッターの先端に近接するように
ゲート電極がさらに形成されていることを特徴としてい
る。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載の電界放出型電子放出
素子において、前記エミッターが所定間隔毎に配置され
て構成されていることを特徴としている。

【００１５】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の電界放出型電子放出素子アレイにおいて、前記エミ
ッター間に絶縁性の隔壁が設けられ、該隔壁上に、前記
エミッターの先端に近接するようにゲート電極が形成さ
れており、該ゲート電極と前記エミッターとの間に発生
する電界により電子が放出されるように構成されている
ことを特徴としている。

【００１６】また、請求項７記載の発明は、請求項６記
載の電界放出型電子放出素子アレイにおいて、前記ゲー
ト電極は共通のゲート電極として形成され、また、１つ
のカソード電極上には１つまたは複数個のエミッターが
形成されており、選択されたカソード電極上のエミッタ
ーと前記ゲート電極との間に発生する電界により電子が
放出されるように構成されていることを特徴としてい
る。

【００１７】また、請求項８記載の発明は、請求項６記
載の電界放出型電子放出素子アレイにおいて、前記ゲー
ト電極およびカソード電極は、それぞれ、ストライプ状
に形成されて、互いに立体的に交差するように配置さ
れ、選択されたカソード電極とゲート電極との交点部分
のエミッターから電子が放出されるように構成されてい
ることを特徴としている。

【００１８】また、請求項９記載の発明は、請求項１ま
たは請求項２記載の電界放出型電子放出素子の製造方法
であって、連続した稜線を持つ前記エミッターは、斜方
蒸着法を用いて剥離層を形成した後、カソード基板に対
して垂直の方向からエミッター材料を蒸着することによ
り形成されることを特徴としている。

【００１９】また、請求項１０記載の発明は、請求項２
または請求項３記載の電界放出型電子放出素子の製造方
法であって、連続した稜線を持つエミッターの先端部分
に触媒層を形成して、エミッターの先端部分にカーボン
ナノチューブを成長させて固着させることを特徴として
いる。

【００２０】また、請求項１１記載の発明は、請求項１
０記載の電界放出型電子放出素子の製造方法において、
前記触媒層は、請求項９記載のエミッター形成工程の少
なくとも最終段階を触媒材料に変えることにより形成さ
れることを特徴としている。

【００２１】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
０または請求項１１記載の電界放出型電子放出素子の製
造方法において、前記触媒層が平坦な膜状になるように
制御することを特徴としている。

【００２２】また、請求項１３記載の発明は、請求項６
乃至請求項８のいずれか一項に記載の電界放出型電子放
出素子アレイの製造方法であって、前記ゲート電極は、
前記エミッター上に所定間隔毎に前記エミッターを部分
的に埋めるように絶縁層を形成し、該絶縁層の上にパタ
ーニングすることにより形成されることを特徴としてい
る。

【００２３】また、請求項１４記載の発明は、請求項５
乃至請求項８のいずれか一項に記載の電界放出型電子放
出素子アレイの製造方法であって、連続した稜線を持つ
前記エミッターを前記カソード基板上でマトリクス状に
配列することを特徴としている。

【００２４】また、請求項１５記載の発明は、請求項１
乃至請求項４のいずれか一項に記載の電界放出型電子放
出素子または請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記
載の電界放出型電子放出素子アレイを用い、電界放出型
電子放出素子または電界放出型電子放出素子アレイに対
向させてアノード電極および蛍光体層が配置されて構成
されていることを特徴としている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１（ａ），（ｂ）は、従来の電界
放出型電子放出素子をディスプレイ装置（２極管型の電
界放出型ディスプレイ装置）に適用した場合の構成例を
概略的に示す図であり、図１（ａ）はアノード電極が紙
面上において並列に並ぶ方向から見た図、図１（ｂ）は
カソード電極が紙面上において並列に並ぶ方向から見た
図である。但し、図１（ｂ）では、図を見やすくするた
め、隔壁を省略している。

【００２６】図１（ａ），（ｂ）を参照すると、カソー
ド基板１０１上には、ストライプ状のカソード電極１０
２が設けられ、また、アノード基板１０３上には、スト
ライプ状のアノード電極１０４が設けられている。ここ
で、ストライプ状のカソード電極１０２とストライプ状
のアノード電極１０４とは、互いに交差するように配置
されている。また、カソード電極１０２にはエミッター
１０５が形成され、アノード電極１０４には蛍光体１０
６が形成されている。

【００２７】なお、図１（ａ），（ｂ）の例では、スト
ライプ状のアノード電極１０４として、赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）の３つの蛍光体１０６のそれぞれが形
成される３つのアノード電極が設けられ、また、カソー
ド電極１０２およびエミッター１０５として、３つのカ
ソード電極およびエミッターが設けられている。また、
カソード基板１０１の側には、隔壁１０７が設けられて
いる。

【００２８】このような構成では、３つのアノード電極
１０４のうちの選択されたアノード電極に正の所定電圧
を印加し、また、３つのカソード電極１０２のうち、ア
ノード電極と同時に選択されたカソード電極に負の所定
電圧を印加することにより、選択されたアノード電極と
選択されたカソード電極との交点部分のエミッターから
電子が放出され、放出された電子はアノード電極に引き
寄せられ、その部分に形成されている蛍光体に衝突して
発光を生じさせる。これにより、ディスプレイとしての
機能を実現できる。

【００２９】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の電界放出
型電子放出素子をディスプレイ装置（２極管型の電界放
出型ディスプレイ装置）に適用した場合の構成例を概略
的に示す図であり、図２（ａ）はアノード電極が紙面上
において並列に並ぶ方向から見た図、図２（ｂ）はカソ
ード電極が紙面上において並列に並ぶ方向から見た図で
ある。但し、図２（ｂ）では、図を見やすくするため、
隔壁を省略している。

【００３０】図２（ａ），（ｂ）を参照すると、カソー
ド基板１上には、ストライプ状のカソード電極２が設け
られ、また、アノード基板３上には、ストライプ状のア
ノード電極４が設けられている。ここで、ストライプ状
のカソード電極２とストライプ状のアノード電極４と
は、互いに交差するように配置されている。また、カソ
ード電極２にはエミッター５が形成され、アノード電極
４には蛍光体６が形成されている。

【００３１】なお、図２（ａ），（ｂ）の例では、スト
ライプ状のアノード電極４として、赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）の３つの蛍光体６のそれぞれが形成さ
れる３つのアノード電極が設けられ、また、カソード電
極２およびエミッター５として、３つのカソード電極お
よびエミッターが設けられている。また、カソード基板
１の側には、隔壁７が設けられている。

【００３２】このような構成では、図１（ａ），（ｂ）
の装置と同様に、３つのアノード電極４のうちの選択さ
れたアノード電極に正の所定電圧を印加し、また、３つ
のカソード電極２のうち、アノード電極と同時に選択さ
れたカソード電極に負の所定電圧を印加することによ
り、選択されたアノード電極と選択されたカソード電極
との交点部分のエミッターから電子が放出され、放出さ
れた電子はアノード電極に引き寄せられ、その部分に形
成されている蛍光体に衝突して発光を生じさせる。これ
により、ディスプレイとしての機能を実現できる。

【００３３】ところで、図２（ａ）,（ｂ）の電界放出
型電子放出素子では、図２（ｂ）に示すように、１つの
カソード電極２上に形成されるエミッター５は、複数の
三角柱形状要素から構成されている。すなわち、カソー
ド基板１上に形成されたカソード電極２上には、先端が
鋭利な連続した稜線を持つエミッター５が形成されてい
る。なお、カソード電極２の材料としては、ＡｌやＮ
ｉ，Ｃｕなどの金属材料が用いられる。また、エミッタ
ー５の材料としては、ＭｏやＮｂ，Ｚｒなどの低仕事関
数の金属材料が好ましい。

【００３４】図１（ａ），（ｂ）に示した従来の電界放
出型電子放出素子では、エミッター１０５の電子放出部
が面となっており、電子はエミッター１０５の面から一
様に放出されるのに対して、図２（ａ），（ｂ）の電界
放出型電子放出素子では、エミッター５の鋭利な先端部
分に電界が集中するために、効率的に電子が放出される
ようになり、しかも指向性が改善され、解像度が向上す
る。すなわち、図２（ａ），（ｂ）の電界放出型電子放
出素子では、電子放出効率を高めてより低電圧で電子を
放出させることが可能となる。

【００３５】図３（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明
の電界放出型電子放出素子のエミッター５の断面形状
例，すなわち、先端が鋭利な連続した稜線を持つエミッ
ター５の断面形状例が示されている。本発明の電界放出
型電子放出素子において、エミッター５の形状として
は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）のように、様々なもの
が可能である。例えば、図３（ａ）のエミッター５の形
状は、三角桂状の先端が鋭利なものとなっている。先端
が鋭利な連続した稜線を持つエミッター５の断面形状と
しては、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されているも
のに限定されるものではない。また、エミッター５の大
きさも、用途に応じて最適なものを用いることができる
が、多くの場合、底部の幅ｗが１〜３μｍ、高さｈが
０．５〜２μｍであるのが好ましい。

【００３６】また、図４（ａ），（ｂ）には、先端が鋭
利な連続した稜線を持つ本発明のエミッター５の形状例
（斜視図）が示されている。ここで、図４（ａ）は稜線
が直線状の最も一般的な形状であり、作製が容易であ
る。また、図４（ｂ）は部分的に凹部がある形状で、鋭
利な先端部分への電界集中が強くなり、電子放出効率が
さらに向上するという利点がある。

【００３７】また、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）には、
先端が鋭利な連続した稜線を持つエミッター５が形成さ
れている本発明の電界放出型電子放出素子において、さ
らにゲート電極１０を設けた場合の構成例が示されてい
る。なお、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、エミ
ッター５は、１つのカソード電極２について三角柱形状
要素が１つの構成として概略的に示されており、図５
（ａ）はエミッター５の稜線が紙面に対し垂直となる方
向から見た図（断面図）、図５（ｂ）は平面図、図５
（ｃ）は側面図である。なお、図５（ａ），（ｂ），
（ｃ）では、カソード電極２，エミッター５のみが示さ
れているが、これをディスプレイ装置に適用する場合に
は、図１，図２に示したようにカソード電極２に対応さ
せて、アノード電極４，蛍光体６が設けられる。

【００３８】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照する
と、三角柱形状のエミッター５の周辺には、ＳｉＯ₂の
絶縁層１１が形成されており、ゲート電極１０は、絶縁
層１１の上にエミッター５の先端の稜線を取り囲むよう
に、ＡｌやＮｉ，Ｃｕなどの金属材料でパターニングさ
れている。そして、例えばカソード電極２を接地レベル
（ゼロＶ）に固定して、ゲート電極１０に正電圧を印加
することにより、ゲート電極１０とエミッター５の先端
との間に電界が発生し、エミッター５の先端から電子が
放出される。このとき、距離的な効果で、より低電圧で
電子を放出させることができる。これによって、図２の
電界放出型電子放出素子に比べて、アノード電極４に印
加する電圧を、電子を蛍光体６に衝突させるだけに必要
な電圧に下げられる。すなわち、図２の電界放出型電子
放出素子では、電子を放出させるために、アノード電極
４に必要以上のアノード電圧を印加しなければならなか
ったが、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）の電界放出型電子
放出素子では、ゲート電極１０が設けられていること
で、アノード電極４に印加する電圧を低下させることが
できる。

【００３９】なお、図２あるいは図５の電界放出型電子
放出素子において、連続した稜線を持つエミッターの稜
線先端部分に、炭素系材料を固着させることもできる。
この場合、エミッター先端部を原子吸着による仕事関数
の変動が小さい炭素系材料で形成することで、放出電流
の安定化および効率化を図ることができる。炭素系材料
としては、具体的には、カーボンナノチューブ、フラー
レン、ダイヤモンド、グラファイトなどがあるが、好適
には、カーボンナノチューブであるのが良い。すなわ
ち、カーボンナノチューブは、炭素系材料の中でも特に
仕事関数が低く、しかも形状的に電子放出源に適してお
り、従って、カーボンナノチューブを用いることで放出
電流の一層の安定化および効率化を図ることができる。

【００４０】また、図６（ａ），（ｂ）は、本発明に係
る電界放出型電子放出素子アレイの構成例を示す図であ
る。なお、図６（ａ）はエミッター５の稜線が紙面に対
して垂直となる方向から見た図（正面図）であり、図６
（ｂ）は平面図である。但し、図６（ａ）では、図を見
やすくするため、前方の絶縁層１１を省略している。ま
た、図６（ａ），（ｂ）では、カソード電極２，エミッ
ター５のみが示されているが、これをディスプレイ装置
に適用する場合には、図１，図２に示したように、カソ
ード電極２に対応させて、アノード電極４，蛍光体６が
設けられる。

【００４１】図６（ａ），（ｂ）を参照すると、エミッ
ター５が所定間隔毎に配置されている。また、エミッタ
ー５間には、絶縁性の隔壁（絶縁層）１１が設けられ、
該隔壁１１上に、エミッター５の先端に近接するように
ゲート電極１０が形成されており、該ゲート電極１０と
エミッター５との間に発生する電界により電子が放出さ
れるように構成されている。このように、エミッター５
に近接してゲート電極１０を設けることで、より低電圧
で電子を放出させるための電界形成が可能となり、電子
放出効率をさらに高めて、より低電圧で駆動できる。

【００４２】ここで、図６（ａ），（ｂ）の例では、ゲ
ート電極１０は共通のゲート電極として形成され、ま
た、１つのカソード電極２上には１つまたは複数個のエ
ミッター５が形成されており、選択されたカソード電極
２上のエミッター５とゲート電極１０との間に発生する
電界により電子が放出されるように構成されている。こ
のように、ゲート電極１０を共通とすることで、簡単な
構成で電子放出の低電圧化を図ることができる。

【００４３】具体的に、図６（ａ），（ｂ）の電界放出
型電子放出素子アレイでは、ゲート電極１０はカソード
基板１の周辺の絶縁層１１を利用して基板１全般にわた
って導通が得られている（すなわち、ゲート電極１０
は、共通のゲート電極として構成されている）。そし
て、例えばゲート電極１０を接地レベル（ゼロＶ）に固
定して、カソード電極２に選択的に負電圧を印加するこ
とにより、選択的に負電圧を印加されたカソード電極２
上のエミッター５の先端から電子が放出される。このと
き、図１や図２に示したように、ストライプ状のアノー
ド電極４がカソード電極２に対応して設けられて、いず
れかのアノード電極に選択的に正電圧が印加されると、
選択されたアノード電極との交点に位置するカソード電
極のエミッター部分から放出された電子はアノード電極
に引き寄せられ、ディスプレイ装置であれば、その部分
に対応する位置の蛍光体に衝突して発光を生じさせるこ
とができる。

【００４４】また、図７（ａ），（ｂ）は、本発明に係
る電界放出型電子放出素子アレイの他の構成例を示す図
である。なお、図７（ａ）はエミッターの稜線が紙面に
対して垂直となる方向から見た図（正面図）であり、図
７（ｂ）は平面図である。但し、図７（ａ）では、図を
見やすくするため、前方の絶縁層１１を省略している。
また、図７（ａ），（ｂ）では、カソード電極２，エミ
ッター５のみが示されているが、これをディスプレイ装
置に適用する場合には、図１，図２に示したように、カ
ソード電極２に対応させて、アノード電極４，蛍光体６
が設けられる。

【００４５】図７（ａ），（ｂ）の電界放出型電子放出
素子アレイにおいても、図６（ａ），（ｂ）の電界放出
型電子放出素子アレイと同様に、エミッター５間に絶縁
性の隔壁（絶縁層）１１が設けられ、該隔壁１１上に、
エミッター５の先端に近接するようにゲート電極１０が
形成されており、該ゲート電極１０とエミッター５との
間に発生する電界により電子が放出されるように構成さ
れているが、図７（ａ），（ｂ）の電界放出型電子放出
素子アレイでは、ゲート電極１０およびカソード電極２
は、それぞれ、ストライプ状に形成されて、互いに立体
的に交差するように配置され、選択されたカソード電極
とゲート電極との交点部分のエミッターから電子が放出
されるように構成されている。

【００４６】図７（ａ），（ｂ）の構成においては、例
えばゲート電極１０に選択的に正電圧を印加するととも
にカソード電極２を選択的に接地レベル（ゼロＶ）にす
ることにより、選択された両電極（１０，２）の交点部
分のエミッター５の先端から電子が放出される。

【００４７】すなわち、図７（ａ），（ｂ）の電子放出
素子アレイでは、ストライプ状のゲート電極１０とスト
ライプ状のカソード電極２とが設けられており、ゲート
電極１０とカソード電極２の交点に選択的に電界を集中
させることで、解像度の向上を図るとともに、無駄なゲ
ート電流が流れるのを防止して低消費電力化を図ること
ができる。

【００４８】図７（ａ），（ｂ）の構成は、第１の作製
方法として、エミッター５上に所定間隔毎にエミッター
５を部分的に埋めるように絶縁層を形成し、該絶縁層の
上にパターニングでゲート電極１０を形成して作製され
ても良いし、あるいは、第２の作製方法として、連続し
た稜線を持つエミッター５をカソード基板１上でマトリ
クス状に配列して作製されても良い。

【００４９】第１の作製方法の場合には、エミッター５
は、図４（ａ），（ｂ）に示したように、稜線方向にお
いては一体形成され、ゲート電極パターンが横断してい
る部分が絶縁層に埋め込まれている。すなわち、連続し
た稜線を持つ柱状のエミッターを部分的に埋めるように
絶縁層を形成し、その上にゲートパターンを形成するよ
うにすることで、カソード電極と交差するようなゲート
電極を形成できる。

【００５０】一方、第２の作製方法の場合には、個々の
エミッター５が分離形成されている。すなわち、柱状エ
ミッターをあらかじめ適当な長さで形成するとともに、
稜線方向に沿って隣接するエミッター間に絶縁層の隔壁
をあらかじめ設けるようにすることで、エミッターを部
分的に埋める第１の作製方法の絶縁層形成工程を省略で
きる。また、エミッターの絶縁層に埋められた部分にお
いて該絶縁層を通してゲート電極に流れる漏れ電流を防
止して電子放出効率の向上も同時に図れる。なお、この
場合、さらに、個々のエミッター５が稜線方向に分割さ
れているような構成になっていても良い。

【００５１】また、図８は、図７（ａ），（ｂ）の電界
放出型電子放出素子アレイを、３極管型の電界放出型デ
ィスプレイ装置に適用した場合の構成例を概略的に示す
図であり、カソード電極２が紙面上において並列に並ぶ
方向から見た図である。但し、図８では、図を見やすく
するため、前方の絶縁層１１を省略している。

【００５２】図８のディスプレイ装置では、アノード電
極４は一体構成のものとして構成されている。すなわ
ち、電子放出は、前述のように、ゲート電極１０とカソ
ード電極２との間で選択的になされるので、アノード電
極４は一体構成のもので良く、この場合には、アノード
電極４についての高電圧のスイッチングが不要になると
いう利点がある。

【００５３】図９は、上述した本発明の電界放出型電子
放出素子の製造工程例を概略的に示す図である。図９を
参照すると、先ず、カソード基板１上にカソード電極２
をパターニングし、その上に絶縁層１１を形成し、さら
にその上にゲート電極層１０を形成する（図９
（ａ））。

【００５４】次いで、フォトリソグラフィーによりゲー
ト電極１０をパターニングする（図９（ｂ））。しかる
後、ケミカルエッチングにより、カソード電極２の表面
が現れる程度に絶縁層１１に開口部１５を形成する（図
９（ｃ））。

【００５５】次いで、ＮｉやＡｌなどの金属材料を２方
向Ａ，Ｂから交互に繰り返し斜方蒸着することにより、
剥離層１６を形成する（図９（ｄ））。

【００５６】次いで、基板１に対して垂直の方向Ｃから
Ｍｏなどの低仕事関数の金属材料を蒸着することにより
エミッター５を形成する（図９（ｅ））。このとき蒸着
される金属材料自身により開口部１５が徐々にふさがれ
ていくことにより、エミッターは三角柱状に形成され
る。

【００５７】最後に、余分に堆積されたものを剥離層１
６ごとリフトオフして、本発明の電界放出型電子放出素
子を作製することができる（図９（ｆ））。

【００５８】この製造工程例は、前述の回転斜方蒸着法
を用いたSpindt型のエミッタ形成方法と比較して、基板
を固定したままで剥離層を形成できる点で制御が簡単で
あり量産性が高いという利点がある。また特殊な工程が
ないために通常の装置が使用できるという利点もあり、
低コスト化を図ることができる。

【００５９】図１０は、エミッター５の先端に炭素系材
料を固着させた電界放出型電子放出素子または電子放出
素子アレイの製造工程の一例を示す図である。

【００６０】図１０を参照すると、先ず、図９(ａ)〜
(ｄ)の工程を経て、図９(ｅ)のエミッター５の形成工程
を開始する（図１０（ａ））。

【００６１】次いで、図９(ｅ)のエミッター５の形成工
程を途中で止めて、蒸着材料をＦｅやＣｏなどの触媒材
料に変えて蒸着を再開し、触媒層１７を形成する（図１
０（ｂ））。なお、触媒材料の蒸着方向は、エミッター
材料の蒸着方向と同じであり、カソード基板１に対して
垂直の方向である。

【００６２】このようにして触媒層１７が形成された時
点で蒸着を終了し、剥離層１６ごとリフトオフする（図
１０（ｃ））。

【００６３】次いで、ＣＶＤ法により触媒層１７上にカ
ーボンナノチューブ１８を成長させる（図１０
（ｄ））。これにより、エミッター５の先端にカーボン
ナノチューブ１８を固着させることができる。

【００６４】図１０の製造工程例によれば、エミッター
５の先端に触媒層１７を設けることで、ＣＶＤ法で簡単
に触媒層１７上にのみカーボンナノチューブ１８を成長
させることができる。しかも前述の従来技術のようなリ
ソグラフィ技術によるパターニングの工程が不要にな
る。

【００６５】また、図１１は、エミッター５の先端に炭
素系材料を固着させた電界放出型電子放出素子または電
子放出素子アレイの製造工程の他の例を示す図である。
図１１の製造工程が図１０の製造工程と相違するのは、
図１０(ｂ)に対応する図１１(ｂ)の工程において、エミ
ッター５の先端の触媒層１７が平坦な膜状に形成される
ように蒸着の工程が制御され、その結果、ＣＶＤ法によ
りカーボンナノチューブ１８がカソード基板１に対して
垂直の方向にほぼ均一に成長している点である。

【００６６】図１１の製造工程例によれば、エミッター
５の先端を尖らさずに平坦になるようにしてその上に触
媒を膜状に形成することで、カーボンナノチューブ１８
をその触媒膜（触媒層）１７上に基板に対して垂直の方
向に均一に成長させることができ、方向性の整ったカー
ボンナノチューブの束を形成することができて、電子の
放出効率を一層向上させることができる。

【００６７】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１，請求
項５，請求項６，請求項７，請求項８記載の発明によれ
ば、カソード基板上に形成されたカソード電極上に、先
端が鋭利な連続した稜線を持つエミッターが形成されて
いるので、電子放出効率が高くコストパフォーマンスに
優れた電界放出型電子放出素子が実現できる。すなわ
ち、電子放出効率を高めて、より低電圧で電子を放出さ
せることの可能な電界放出型電子放出素子を提供でき
る。

【００６８】また、請求項２，請求項３，請求項５，請
求項６，請求項７，請求項８記載の発明によれば、カソ
ード基板上に形成されたカソード電極上に、連続した稜
線を持つエミッターが形成されており、連続した稜線を
持つ前記エミッターの稜線先端部分には、炭素系材料が
固着されているので、経時的に安定でしかもより低電圧
で電子放出可能な電界放出型電子放出素子が実現でき
る。

【００６９】また、請求項４，請求項５，請求項６，請
求項７，請求項８記載の発明によれば、エミッターの先
端に近接するようにゲート電極がさらに形成されている
ので、さらに低電圧での電子放出が可能になり、低消費
電力化を図ることができる。

【００７０】また、請求項９乃至請求項１４記載の発明
によれば、制御が簡単であり量産性が高く、また、特殊
な工程がなく低コスト化を図ることの可能な電界放出型
電子放出素子の製造方法および電界放出型電子放出素子
アレイの製造方法を提供することができる。

【００７１】特に、請求項９記載の発明によれば、請求
項１または請求項２記載の電界放出型電子放出素子の製
造方法であって、連続した稜線を持つ前記エミッター
は、斜方蒸着法を用いて剥離層を形成した後、カソード
基板に対して垂直の方向からエミッター材料を蒸着する
ことにより形成されるので、Spindt型に比べて製造が容
易になるとともに通常の装置で製造が可能となり、しか
も、エミッターは先端が鋭利な形状であるため電子放出
効率を損なわないので、低コストでしかも高効率の電界
放出型電子放出素子が実現できる。

【００７２】また、請求項１０，請求項１１記載の発明
によれば、請求項２または請求項３記載の電界放出型電
子放出素子の製造方法であって、連続した稜線を持つエ
ミッターの先端部分に触媒層を形成して、エミッターの
先端部分にカーボンナノチューブを成長させて固着させ
るようにしたので、簡単でしかも確実にカーボンナノチ
ューブをエミッターの先端に固着させることができる。

【００７３】また、請求項１２記載の発明によれば、請
求項１０または請求項１１記載の電界放出型電子放出素
子の製造方法において、前記触媒層が平坦な膜状になる
ように制御することで、カーボンナノチューブの方向を
均一にすることができ、理想的な電子放出効率を得るこ
とができて、一層の低消費電力化を図ることができる。

【００７４】また、請求項１５記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電界放出型
電子放出素子または請求項５乃至請求項８のいずれか一
項に記載の電界放出型電子放出素子アレイを用い、電界
放出型電子放出素子または電界放出型電子放出素子アレ
イに対向させてアノード電極および蛍光体層が配置され
て構成されているので、製造方法が簡単でしかも電子放
出効率に優れた電子放出素子によって、低コストでしか
も低消費電力の電界放出型ディスプレイ装置が実現され
る。また、放出された電子の指向性が向上し、シャープ
で均一な輝度分布が得られる高性能のディスプレイ装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電界放出型電子放出素子をディスプレイ
装置に適用した場合の構成例を概略的に示す図である。

【図２】本発明の電界放出型電子放出素子をディスプレ
イ装置に適用した場合の構成例を概略的に示す図であ
る。

【図３】本発明の電界放出型電子放出素子のエミッター
の断面形状例を示す図である。

【図４】先端が鋭利な連続した稜線を持つ本発明のエミ
ッターの形状例（斜視図）を示す図である。

【図５】先端が鋭利な連続した稜線を持つエミッターが
形成されている本発明の電界放出型電子放出素子におい
て、さらにゲート電極を設けた場合の構成例を示す図で
ある。

【図６】本発明に係る電界放出型電子放出素子アレイの
構成例を示す図である。

【図７】本発明に係る電界放出型電子放出素子アレイの
他の構成例を示す図である。

【図８】図７（ａ），（ｂ）の電界放出型電子放出素子
アレイを、３極管型の電界放出型ディスプレイ装置に適
用した場合の構成例を概略的に示す図である。

【図９】本発明の電界放出型電子放出素子の製造工程例
を概略的に示す図である。

【図１０】エミッターの先端に炭素系材料を固着させた
電界放出型電子放出素子または電子放出素子アレイの製
造工程の一例を示す図である。

【図１１】エミッターの先端に炭素系材料を固着させた
電界放出型電子放出素子または電子放出素子アレイの製
造工程の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１カソード基板２カソード電極３アノード基板４アノード電極５エミッター６蛍光体１０ゲート電極１１絶縁層１５開口部１６剥離層１７触媒層１８カーボンナノチューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桂川忠雄東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者木村興利東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者高橋裕幸東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者井上智博東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 5C031 DD09 5C036 EF01 EF06 EF08 EG02 EG12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソード基板上に形成されたカソード電
極上に、先端が鋭利な連続した稜線を持つエミッターが
形成されていることを特徴とする電界放出型電子放出素
子。
【請求項２】カソード基板上に形成されたカソード電
極上に、連続した稜線を持つエミッターが形成されてお
り、連続した稜線を持つ前記エミッターの稜線先端部分
には、炭素系材料が固着されていることを特徴とする電
界放出型電子放出素子。
【請求項３】請求項２記載の電界放出型電子放出素子
において、前記炭素系材料は、カーボンナノチューブで
あることを特徴とする電界放出型電子放出素子。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
記載の電界放出型電子放出素子において、前記エミッタ
ーの先端に近接するようにゲート電極がさらに形成され
ていることを特徴とする電界放出型電子放出素子。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載の電界放出型電子放出素子において、前記エミッタ
ーが所定間隔毎に配置されて構成されていることを特徴
とする電界放出型電子放出素子アレイ。
【請求項６】請求項５記載の電界放出型電子放出素子
アレイにおいて、前記エミッター間に絶縁性の隔壁が設
けられ、該隔壁上に、前記エミッターの先端に近接する
ようにゲート電極が形成されており、該ゲート電極と前
記エミッターとの間に発生する電界により電子が放出さ
れるように構成されていることを特徴とする電界放出型
電子放出素子アレイ。
【請求項７】請求項６記載の電界放出型電子放出素子
アレイにおいて、前記ゲート電極は共通のゲート電極と
して形成され、また、１つのカソード電極上には１つま
たは複数個のエミッターが形成されており、選択された
カソード電極上のエミッターと前記ゲート電極との間に
発生する電界により電子が放出されるように構成されて
いることを特徴とする電界放出型電子放出素子アレイ。
【請求項８】請求項６記載の電界放出型電子放出素子
アレイにおいて、前記ゲート電極およびカソード電極
は、それぞれ、ストライプ状に形成されて、互いに立体
的に交差するように配置され、選択されたカソード電極
とゲート電極との交点部分のエミッターから電子が放出
されるように構成されていることを特徴とする電界放出
型電子放出素子アレイ。
【請求項９】請求項１または請求項２記載の電界放出
型電子放出素子の製造方法であって、連続した稜線を持
つ前記エミッターは、斜方蒸着法を用いて剥離層を形成
した後、カソード基板に対して垂直の方向からエミッタ
ー材料を蒸着することにより形成されることを特徴とす
る電界放出型電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】請求項２または請求項３記載の電界放
出型電子放出素子の製造方法であって、連続した稜線を
持つエミッターの先端部分に触媒層を形成して、エミッ
ターの先端部分にカーボンナノチューブを成長させて固
着させることを特徴とする電界放出型電子放出素子の製
造方法。
【請求項１１】請求項１０記載の電界放出型電子放出
素子の製造方法において、前記触媒層は、請求項９記載
のエミッター形成工程の少なくとも最終段階を触媒材料
に変えることにより形成されることを特徴とする電界放
出型電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】請求項１０または請求項１１記載の電
界放出型電子放出素子の製造方法において、前記触媒層
が平坦な膜状になるように制御することを特徴とする電
界放出型電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】請求項６乃至請求項８のいずれか一項
に記載の電界放出型電子放出素子アレイの製造方法であ
って、前記ゲート電極は、前記エミッター上に所定間隔
毎に前記エミッターを部分的に埋めるように絶縁層を形
成し、該絶縁層の上にパターニングすることにより形成
されることを特徴とする電界放出型電子放出素子アレイ
の製造方法。
【請求項１４】請求項５乃至請求項８のいずれか一項
に記載の電界放出型電子放出素子アレイの製造方法であ
って、連続した稜線を持つ前記エミッターを前記カソー
ド基板上でマトリクス状に配列することを特徴とする電
界放出型電子放出素子アレイの製造方法。
【請求項１５】請求項１乃至請求項４のいずれか一項
に記載の電界放出型電子放出素子または請求項５乃至請
求項８のいずれか一項に記載の電界放出型電子放出素子
アレイを用い、電界放出型電子放出素子または電界放出
型電子放出素子アレイに対向させてアノード電極および
蛍光体層が配置されて構成されていることを特徴とする
ディスプレイ装置。