JP2003016918A

JP2003016918A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003016918A
Application number: JP2001202622A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Nomura; 和司野村; Takeshi Ichikawa; 武史市川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】放出電子の開口側壁への衝突が低減でき、放
出電子のビーム径が小さく、電子放出特性が均一で、蛍
光体を十分な輝度で発光させる放出電流が取れ、低電圧
で駆動でき、且つ容易に製造し得る電子放出素子、電子
源及び画像形成装置を提供する。【解決手段】基板上にカソード電極１２と絶縁層１３
とゲート電極１４とをこの順に有し、少なくともゲート
電極１４と絶縁層１３とをそれぞれ貫通する開口が形成
され、カソード電極１２とゲート電極１４との間に電圧
を印加することによって、電子が開口を通して放出され
るように構成されている電子放出素子において、開口の
底が、複数の高さの面で構成されており、電子放出膜１
５が、開口内のカソード電極１２の少なくとも最上面上
に在ることを特徴とする。

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、電
子源及び画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子放出素子としては、大別して
熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類のものが
知られている。冷陰極電子放出素子には、電界放出型
（以下、「FE型」という。）、金属／絶縁層／金属型
（以下、「MIM型」という。）や表面伝導型電子放出素
子等がある。

【０００３】FE型の例としてはＷ. Ｐ. Dyke ＆Ｗ. Ｗ.
Dolan，“Field Emission ”，Advance in Electron P
hysics，８，89（1956）や、C. A. Spindt, "PHYSICA
L Properties of thin-film field emission cathodes
with molybdenium cones",J. Appl. Phys., 47, 5248
(1976) 等、あるいは、特開平８−９６７０３号公報
や、特開平８−９６７０４号公報や、特開平８−１１５
６５４号公報や、特開平１０−１２５２１５号公報や、
特開平１０−２８９６５０号公報等に開示されているも
のが知られている。

【０００４】MIM型の例としてはＣ. Ａ. Mead，“ Oper
ation of Tunnel - Emission Devices“，Ｊ. Apply. P
hys. ，32，646（1961 ）等に開示されたものが知られ
ている。また、最近の例では、Toshiaki. Kusunoki，
“ Fluctuation - free electron emission from non -
formed metal - insulator - metal (MIM) cathodesFa
bricated by low current Anodic oxidation ”，Jpn.
J. Appl. Phys. vol.32 (1993) pp. L1695，Mutsumi s
uzuki etal “ An MIM-Cathode Array for Cathode lum
inescent Displays ”，IDW '96 ，(1996) pp．529等が
研究されている。

【０００５】表面伝導型の例としては、エリンソンの報
告（M．I．Elinson Radio Eng．Electron Phys. ， 10
（1965））に記載のもの等があり、この表面伝導型電子
放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面
に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象
を利用するものである。表面伝導型素子では、前記のエ
リソンの報告に記載のSnO₂薄膜を用いたもの、Au薄膜を
用いたもの、（G．Dittmer．Thin Solid Films，9，317
（1972））、In₂O₃／SnO₂薄膜によるもの（M．Hartwel
l and C．G．Fonstad，IEEE Trans．ED Conf．，519
（1983））等が報告されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電子放出素子をディス
プレイ等の画像形成装置に応用するには、蛍光体を十分
な輝度で発光させる放出電流が必要である。また、ディ
スプレイの高精細化のためには、蛍光体に照射される電
子ビームの径が小さく、且つ、電子放出特性が均一であ
ることが必要である。そして低電圧で駆動出来、製造し
易いことが重要である。

【０００７】MIM型電子放出素子は、下部電極と上部電
極の間に絶縁体を配置し、両電極間に電圧を印加して電
子を取り出す構造である。内部電界方向と放出される電
子の方向が一致し、かつ放出面での電位分布に歪みがな
いために、小さい電子ビーム径が実現できるが、絶縁層
と上部電極で電子の散乱が起こるために効率が悪いのが
一般的であり、低消費電力化にはあまり好ましくない。

【０００８】一方、FE型電子放出素子である、C. A. Sp
indt, "PHYSICAL Properties of thin-film field emis
sion cathodes with molybdenium cones", J. Appl. Ph
ys.,47, 5248 (1976) 等に開示されたの例では、放出点
としてマイクロチップが形成され、その先端から電子が
放出される構成が一般的であり、電子を蛍光体に照射し
た際の電子ビームの径が大きくなってしまう。また、均
一に素子を製造するのが困難なため、素子間での電子放
出特性が均一になり難い。さらに、この例では、1放出
点から電子が放出されるために、蛍光体を強く発光させ
るために放出電流密度を大きくすると、電子放出部の熱
的な破壊を誘起し、素子の寿命を制限することになる。
また、真空中に存在するイオンがマイクロチップ先端を
集中的にスパッタし素子の寿命を縮める事もある。

【０００９】このようなFE型電子放出素子の欠点を克服
するために、個別の解決策として様々な例が提案されて
いる。

【００１０】電子ビームの広がりを防ぐ例としては、電
子放出部上方に収束電極を配置した例がある。この例で
は、放出された電子ビームを収束電極の負電位により絞
るのだが、製造工程がより複雑となってしまい、製造コ
ストの増大を招く。

【００１１】電子ビームの広がりを小さくする別の例と
しては、特開平８−９６７０３号公報や特開平８−９６
７０４号公報等に開示されたものがある。特開平８−９
６７０４号公報に示されている例を図１７に示す。この
例は、基板３０１上にカソード電極３０２とゲート電極
３０４が絶縁層３０３を介して積層され、ゲート電極３
０４及び絶縁層３０３をそれぞれ貫通する開口が形成さ
れており、この開口内に電子放出膜３０５が設けられて
いる電子放出素子である。ゲート電極３０４にカソード
電極３０２よりも高い電圧を印加することによって、電
子放出膜３０５から電子を放出させる。

【００１２】この時、開口内部に形成される等電位面が
電子放出膜３０５に略平坦となるため、アノードに到達
した時の電子ビームの径が小さくなると言うものであ
る。

【００１３】これらの例では、電子放出膜として、低仕
事関数の材料を使用することにより、マイクロチップの
様に先端が尖った構成でなくても電子放出させることが
可能であると同時に、比較的製造し易い。また、電子放
出膜の表面全体から電子を放出させるため、チップの破
壊等の問題が起こらず、長寿命であると言う利点があ
る。

【００１４】しかし、開口内に形成される等電位面は厳
密に言うと、電子放出膜３０５の厚さに依存して凸型と
なり、電子放出膜３０５の表面の内、開口の側壁付近に
最も強い電界がかかってしまう。このため、電子は、電
子放出膜３０５の表面の内、開口の側壁付近から主に放
出され、また、開口内の等電位面が凸型となっているた
め、多数の電子が開口側壁に衝突してしまう。この結
果、電子が絶縁層に入射し、チャージアップによる放電
等の問題が生じてしまうおそれがある。

【００１５】また、上記の例よりも、開口側壁での電子
の散乱を抑え、更に電子ビームの径も小さくする例が特
開平８−１１５６５４号公報や特開平１０−１２５２１
５号公報等に開示されている。特開平１０−１２５２１
５号公報に示されている例を図１８に示す。この例は、
基板３０１上にカソード電極３０２とゲート電極３０４
が絶縁層３０３を介して積層され、ゲート電極３０４及
び絶縁層３０３をそれぞれ貫通すると共に、カソード電
極３０２が段差を有して掘り込まれており、電子放出膜
３０５がこの開口内に、その表面がカソード電極３０２
と絶縁層３０３の接合面よりも深い位置にある様に設け
られている電子放出素子である。ゲート電極３０４にカ
ソード電極３０２よりも高い電圧を印加することによっ
て、電子放出膜３０５から電子を放出させる。この時、
開口内に形成される等電位面はカソード電極３０２の掘
り込み形状や深さ等に依存して凹型となり、電子の入射
による絶縁層３０３のチャージアップのおそれが無くな
り、さらにアノードに到達した時の電子のビーム径も小
さくなる。しかし、上記した特開平８−９６７０４号公
報等の例と比べ、同じ絶縁層膜厚及び同じ駆動電圧下で
は、電子放出膜３０５にかかる電界強度が弱くなってし
まうため、上記例よりも駆動電圧が高くする必要が有
り、消費電力が高くなってしまう。

【００１６】また、その他のＦＥ型電子放出素子の例
で、開口内のカソード電極のエッジ部から電子放出する
例が特開平１０−２８９６５０号公報に開示されてい
る。特開平１０−２８９６５０号公報に示されている例
を図１９に示す。この例は、基板３０１上にカソード電
極３０２とゲート電極３０４が絶縁層３０３を介して積
層され、ゲート電極３０４、絶縁層３０３及びカソード
電極３０２をそれぞれ貫通する開口が形成されており、
絶縁層３０３をサイドエッチすることによりカソード電
極３０２のエッジ部を露出させている電子放出素子であ
る。ゲート電極３０４にカソード電極３０２よりも高い
電圧を印加することによって、カソード電極３０２のエ
ッジ部から電子放出させる。この時、開口内に形成され
る等電位面はカソード電極３０２及び開口径等に依存し
て凹型となり、電子の入射による絶縁層のチャージアッ
プのおそれを軽減できる。しかし、電子放出させている
カソード電極３０２のエッジのわずかな形状の違いによ
り、カソード電極３０２のエッジにかかる電界強度が大
きく変わってしまい、また、カソード電極３０２のエッ
ジの向きがわずかに変わると、電子放出させる向きが容
易に変わってしまうため、素子間での電子のビーム径に
ばらつきが出てしまう。さらに、この例では、１放出点
から電子が放出されるために、蛍光体を強く発光させる
ために放出電流密度を大きくすると、電子放出部の熱的
な破壊を誘起し、素子の寿命を制限することになる。ま
た、ダイヤモンド等の半導体や高抵抗材料は、抵抗値が
高いため、カソード電極ラインとしてそのまま用いるこ
とが出来ない。

【００１７】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、放出
電子の開口側壁への衝突が低減でき、放出電子のビーム
径が小さく、電子放出特性が均一で、蛍光体を十分な輝
度で発光させる放出電流が取れ、低電圧で駆動でき、且
つ容易に製造し得る電子放出素子、電子源及び画像形成
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】上記目的を達成するため
に本発明の電子放出素子にあっては、基板上に下層の第
一の電極と絶縁層と上層の第二の電極とをこの順に有
し、少なくとも前記第二の電極と前記絶縁層とをそれぞ
れ貫通する開口が形成され、前記第一の電極と前記第二
の電極との間に電圧を印加することによって、電子が前
記開口を通して放出されるように構成されている電子放
出素子において、前記開口の底が、複数の高さの面で構
成されており、電子放出する電子放出膜が、前記開口内
の前記第一の電極の少なくとも最上面上に在ることを特
徴とする。

【００１９】第一の開口を有する第一の電極と、貫通し
た第二の開口を有する第二の電極と、前記第一及び第二
の開口に連通する第三の開口を有し、前記第一の電極と
第二の電極間に配置される絶縁層と、前記第三の開口内
に位置し、前記第一の電極上に配置された電子放出膜
と、を有することを特徴とする。

【００２０】前記開口の底の中央部が、前記複数の高さ
の面の内、最下面で形成されていることが好適である。

【００２１】前記開口の底の周辺部が、前記第一の電極
の最上面で形成されていることが好適である。

【００２２】前記開口の底の前記複数の高さの面の最下
面が、前記第一の電極によって形成されていることが好
適である。

【００２３】前記電子放出膜が、炭素を含むことが好適
である。

【００２４】前記炭素が、ダイヤモンドライクカーボ
ン、又はダイヤモンドのいずれかを含むことが好適であ
る。

【００２５】前記第一の電極が、複数の層からなること
が好適である。

【００２６】前記開口が、円形、多角形、スリット形
状、円形の一部、楕円形及び楕円形の一部のいずれか一
種の形状をなすことが好適である。

【００２７】前記電子放出膜及び前記第二の電極から所
定の距離を隔てて設けられ、前記電子放出膜から放出さ
れる電子を引き付ける陽極を有することが好適である。

【００２８】上記の電子放出素子を複数個備えて１つの
画素を形成していることが好適である。

【００２９】本発明の電子源にあっては、上記の電子放
出素子を複数個並列に配置し、結線してなる前記電子放
出素子の列を少なくとも１列以上有してなることを特徴
とする。

【００３０】上記の電子放出素子を複数個配列してなる
前記電子放出素子の列を少なくとも１列以上有し、前記
電子放出素子を駆動する低電位用供給用配線と高電位供
給用配線がマトリクス配置されていることを特徴とす
る。

【００３１】本発明の画像形成装置にあっては、上記の
電子源と、該電子源から放出された電子によって画像を
形成する画像形成部材と、を備え、情報信号により前記
電子源の各電子放出素子の電子量を制御することを特徴
とする。

【００３２】前記画像形成部材は、蛍光体であることが
好適である。

【００３３】

【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。

【００３４】本実施の形態の電子放出素子の特徴は、基
板上に下層の第一の電極と絶縁層と上層の第二の電極と
をこの順に有し、少なくとも第二の電極と絶縁層とをそ
れぞれ貫通する開口が形成され、第一の電極と第二の電
極との間に電圧を印加することによって、電子が開口を
通して放出されるように構成されている電子放出素子に
おいて、開口の底が、複数の高さの面で構成されてお
り、電子放出膜が、開口内の第一の電極の少なくとも最
上面上に在ることを特徴とする。

【００３５】また、開口の底の中央部が、上記複数の高
さの面の内、最下面で形成されており、開口の底の周辺
部が、第一の電極の最上面で形成されていることを特徴
とする。

【００３６】上記した本実施の形態の電子放出素子の構
成では、開口底となっている第一の電極であるカソード
電極の一部が掘り込まれているため、特開平８−９６７
０３号公報や特開平８−９６７０４号公報等に開示され
ている従来例と比べ、開口内での等電位面がより電子放
出膜の表面と平行、もしくは凹型に形成されるため、電
子放出膜から放出された電子が開口側壁に衝突する割合
を軽減することができ、開口側壁の絶縁層がチャージア
ップし難く、放電などのおそれを軽減することができ、
さらに、放出された電子は、電子放出膜の表面にほぼ垂
直に進行していくため、陽極であるアノードに到達した
時の電子のビーム径を小さくすることができ、高精細化
が可能となる。

【００３７】また、上記した本実施の形態の電子放出素
子の構成では、開口底となっているカソード電極の一部
が掘り込まれているため、掘り込み深さと開口径等に依
存して、開口内での等電位面が凹型に形成されるため、
特開平８−１１５６５４号公報や特開平１０−１２５２
１５号公報等に開示されている従来例と同様に、電子放
出膜から放出された電子が開口側壁に衝突する割合を軽
減することができると同時に、これら従来例と比べ、同
じ絶縁層膜厚及び同じ駆動電圧下で電子放出膜にかかる
電界強度が強くなるため、より低消費電力で駆動でき
る。

【００３８】また、上記した本実施の形態の電子放出素
子の構成では、開口底となっているカソード電極の内、
掘り込まれていない最上面部分に堆積した電子放出膜の
表面から電子を放出するため、特開平１０−２８９６５
０号公報に開示されている従来例でカソード電極のエッ
ジ部から電子放出させるのに対して、本実施の形態では
電子放出面積を広く取ることができ、より大きな電流密
度を得ることが可能となる。

【００３９】また、本実施の形態の電子放出素子は、単
純な積層構造から成っているため製造し易く、さらに、
構造を制御し易いため、各電子放出素子での電子放出特
性も均一になる。

【００４０】本実施の形態の電子放出素子は、ゲート電
極を変調電極としており、アノードに高電圧をかけるこ
とができるため、放出された電子は、蛍光体を発光させ
るのに十分なエネルギーを持って蛍光体に衝突するた
め、蛍光体での十分な輝度が得られる。

【００４１】図２は本実施の形態に係る電子放出素子の
構成を示す概略平面図であり、図１は図２におけるＡ−
Ａ’線での概略断面図である。

【００４２】図１及び図２において、１１は基板、１２
は下層の第一の電極であるカソード電極、１３は絶縁
層、１４は上層の第二の電極であるゲート電極、１５は
電子放出膜、Ｗ１は開口径、Ｗ２は開口の底を複数の高
さの面に構成するようにさらに掘り込まれる開口内掘り
込み径である。

【００４３】開口径Ｗ１は、素子を構成する材料や電子
放出膜１５の材料の仕事関数、駆動させる時の電圧や必
要とする放出電子ビームの形状等により適宜設定され
る。通常、数十ｎｍから数十μｍの範囲で設定され、好
ましくは数百ｎｍから数μｍの範囲で選択される。

【００４４】開口内掘り込み径Ｗ２は、開口径Ｗ１、開
口深さ、掘り込み深さ等により適宜設定される。通常数
ｎｍから数十μｍの範囲で設定される。

【００４５】図３は、本実施の形態の電子放出素子から
電子を放出させる時の駆動を示す概略断面図であり、１
６は、開口内の電子放出膜１５付近に形成される等電位
面である。この時、ゲート電極１４にはカソード電極１
２よりも高い電圧を印加している状態である。

【００４６】等電位面１６の形状は、印加電圧の大きさ
及び素子を形成している各材料の厚さや幅、及び掘り込
み深さ等により決定されるが、開口底となっているカソ
ード電極の一部が掘り込まれているため、凹型となる。

【００４７】この結果、電子放出膜１５から放出された
電子は、電子放出膜１５の表面にほぼ垂直又は、やや開
口の中心に向かう方向に進行して行くため、電子放出膜
１５から放出された電子が開口側壁に衝突する割合が軽
減され、さらに、アノードに到達した時の電子のビーム
径が小さくなる。また、素子を形成している各材料の厚
さや幅、掘り込み深さは、使用用途により好適な値を任
意に選択することができる。

【００４８】以上述べた本実施の形態の電子放出素子に
ついて、更に好ましい形態を挙げて詳述する。図１は本
実施の形態による電子放出素子の一例を示す模式図であ
り、図５は本実施の形態の電子放出素子の製造方法の一
例を示した図である。

【００４９】まず、図５（ａ）に示すように、基板１１
上に、カソード電極１２、絶縁層１３、及びゲート電極
１４を順に積層する。

【００５０】具体的には、予め、その表面を十分に洗浄
した、石英ガラス、Na等の不純物含有量を減少させたガ
ラス、青板ガラス、シリコン基板等にスパッタ法等によ
りSiO₂を積層した積層体、アルミナ等セラミックスの絶
縁性基板のうち、いずれか一つを基板１１として用い、
基板１１上にカソード電極１２を積層する。

【００５１】カソード電極１２は一般的に導電性を有し
ており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、
フォトリソグラフィー技術により形成される。カソード
電極１２の材料は、例えば、Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、N
b、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等の金属ま
たは合金材料、TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等の炭化
物、HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄、GdB₄等の硼化物、T
iN、ZrN、HfN等の窒化物、Si、Ge等の半導体、有機高分
子材料等から適宜選択される。カソード電極１２の厚さ
としては、数十ｎｍから数ｍｍの範囲で設定され、好ま
しくは数百ｎｍから数μｍの範囲で選択される。

【００５２】次に、カソード電極１２に続いて絶縁層１
３を堆積する。

【００５３】絶縁層１３は、スパッタ法、CVD（Chemica
l Vapor Deposition）法、蒸着法等の一般的な真空成膜
法により形成され、その厚さとしては、数ｎｍから数μ
ｍの範囲で設定され、好ましくは数十ｎｍから数百ｎｍ
の範囲から選択される。望ましい材料としてはSiO₂、Si
N、Al₂O₃、Ta₂O₅、CaFなどの高電界に耐えられる耐圧の
高い材料が望ましい。

【００５４】更に、絶縁層１３に続き、ゲート電極１４
を堆積する。

【００５５】ゲート電極１４は、カソード電極１２と同
様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般
的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成
される。ゲート電極１４の材料は、例えば、Be、Mg、T
i、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、P
t、Pd等の金属または合金材料、TiC、ZrC、HfC、TaC、S
iC、WC等の炭化物、HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄、GdB
₄等の硼化物、TiN、ZrN、HfN等の窒化物、Si、Ge等の半
導体、有機高分子材料等から適宜選択される。ゲート電
極１４の厚さとしては、数ｎｍから数十μｍの範囲で設
定され、好ましくは数十ｎｍから数μｍの範囲で選択さ
れる。

【００５６】なお、カソード電極１２及びゲート電極１
４は、同一材料でも異種材料でも良く、また、同一形成
方法でも異種方法でも良い。

【００５７】次に、図５（ｂ）に示すように、ゲート電
極１４上に、フォトリソグラフィー技術によってマスク
パターン１７を形成する。マスクパターン１７は、次工
程で開口を形成するためにエッチングされる部分を除い
て形成される。

【００５８】そして、図５（ｃ）に示すように、絶縁層
１３及びゲート電極１４を貫通する開口を形成する。

【００５９】開口の形成はエッチングによって行われ、
本エッチング工程は、カソード電極１２上で停止し、エ
ッチング方法は、エッチング対象である絶縁層１３とゲ
ート電極１４、及びカソード電極１２の材料に応じて選
択すれば良い。

【００６０】続いて、図５（ｄ）に示すように、電子放
出膜１５を堆積する。

【００６１】電子放出膜１５はCVD法、蒸着法、スパッ
タ法等の一般的真空成膜技術により形成される。電子放
出膜１５の材料は、例えば、グラファイト、フラーレ
ン、カーボンナノチューブ、アモルファスカーボン、ダ
イヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭
素及び炭素化合物等から適宜選択される。好ましくは仕
事関数の低いダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカ
ーボン等が良い。電子放出膜１５の膜厚としては、数ｎ
ｍから数μｍの範囲で設定され、好ましくは数ｎｍから
数百ｎｍの範囲で選択される。

【００６２】続いて、図５（ｅ）に示すように、次工程
で開口内に開口径よりも径の小さい掘り込みを形成する
ために、開口の側壁も覆うマスク１８を形成する。

【００６３】マスク１８は、スパッタ法、CVD法、蒸着
法等の一般的な真空成膜法により形成される。マスク１
８の材料は、例えば、SiO₂、SiN、Al₂O₃、Ta₂O₅、CaF等
から、カソード電極１２、絶縁層１３、及びゲート電極
１４の材料に応じて適宜選択される。マスク１８の厚さ
としては、開口径の長さにもよるが、数百ｐｍから数十
μｍの範囲で設定され、好ましくは数ｎｍから数μｍの
範囲で選択される。

【００６４】次に、図５（ｆ）に示すように、カソード
電極１２に、開口径よりも小さい径の掘り込みを形成す
る。

【００６５】開口内への開口径よりも小さい径の掘り込
みの形成は、エッチングによって行われ、エッチング方
法は、カソード電極１２、電子放出膜１５、マスクパタ
ーン１７、及びマスク１８の材料に応じて選択すれば良
い。

【００６６】ここでは、カソード電極１２を貫通してエ
ッチングを行っているが、カソード電極１２中でエッチ
ングを停止しても良い。

【００６７】最後に、図５（ｇ）に示すように、マスク
パターン１７及びマスク１８を除去し、電子放出素子が
完成する。

【００６８】なお、ここまで例として説明してきた図１
に示す本実施の形態に係る電子放出素子は、開口底の
内、掘り込まれていないカソード電極１２の最上表面部
分にのみ電子放出膜１５が堆積されているが、少なくと
も掘り込まれていない部分に電子放出膜１５が堆積され
ていれば良く、したがって掘り込み部に電子放出膜１５
が堆積されていても良い。

【００６９】この場合に、ゲート電極１４にカソード電
極１２よりも高電圧を印加して駆動すると、掘り込み部
に堆積した電子放出膜１５にかかる電界強度は、掘り込
まれていない部分に堆積した電子放出膜１５にかかる電
界強度よりも弱くなるため、掘り込み部に堆積した電子
放出膜１５からは電子が放出され難く、また、掘り込み
部内では、掘り込み部の中央に最も電界が強くかかり、
掘り込み部の側壁に近づくに従って電界強度は劇的に弱
くなる。このため、電子が放出されたとすると、掘り込
み部中央から放出されるため、アノードに到達した時の
電子ビームの径、及び電流密度に及ぼす影響は非常に小
さい。また、ゲート電極１４とカソード電極１２との間
に印加する電圧によって、掘り込まれていない部分に堆
積した電子放出膜１５からのみ電子を放出させることも
できる。

【００７０】また、図２に示すように本実施の形態に係
る電子放出素子の開口の形状は円形であるが、多角形、
スリット形状、円形、円形の一部、楕円形、及び楕円形
の一部のいずれか一種の形状をなしていれば良い。

【００７１】本実施の形態に係る電子放出素子を適用し
た応用例について以下に述べる。本実施の形態に係る電
子放出素子は、その複数個を基体上に配列することによ
って、例えば電子源又は画像形成装置を構成することが
できる。

【００７２】図６を用いて、本実施の形態の電子放出素
子を複数は配して得られる電子源について説明する。

【００７３】６１は電子源基体、６２はＸ方向配線、６
３はＹ方向配線、６４は本実施の形態の電子放出素子、
６５は結線である。

【００７４】Ｘ方向配線６２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…Ｄ
ｘｍのｍ本の配線から成り、真空蒸着法、印刷法、スパ
ッタ法等を用いて形成された導電性金属等で形成するこ
とが出来る。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。
Ｙ方向配線６３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎのｎ本の
配線から成り、Ｘ方向配線６２と同様に形成される。

【００７５】これらｍ本のＸ方向配線６２とｎ本のＹ方
向配線６３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられ
ており、両者を電気的に分離している。ここで、ｍ及び
ｎは共に正の整数である。

【００７６】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたSiO₂等で構成され
る。不図示の層間絶縁層は、例えば、Ｘ方向配線６２を
形成した基体６１の全面或いはその一部に所望の形状で
形成され、特にＸ方向配線６２とＹ方向配線６３との交
差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適
宜設定される。Ｘ方向配線６２とＹ方向配線６３は、そ
れぞれ外部端子として引き出されている。

【００７７】電子放出素子６４を構成する一対の電極層
（不図示（カソード電極１２及びゲート電極１４であ
る））は、ｍ本のＸ方向配線６２及びｎ本のＹ方向配線
６３と導電性金属等から成る結線６５によって電気的に
接続されている。

【００７８】Ｘ方向配線６２、Ｙ方向配線６３、結線６
５、及び一対の素子電極を構成する材料は、その構成元
素の一部あるいは全部が同一であっても、またそれぞれ
異なっていても良い。

【００７９】これらの材料は、例えば、前述の電子放出
素子６４の素子電極であるカソード電極１２及びゲート
電極１４の材料より適宜選択される。素子電極を構成す
る材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に接
続した配線は素子電極ということもできる。また、素子
電極を配線電極として用いることもできる。

【００８０】Ｘ方向配線６２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子６４の行を選択するための、走査信号を印加
する不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ
方向配線６３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子６４
の各列を入力信号に応じて変調するための、不図示の変
調信号発生手段が接続される。各電子放出素子６４に印
加される駆動電圧は、当該電子放出素子６４に印加され
る走査信号と変調信号の差電圧として供給される。

【００８１】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の電子放出素子６４を選択し、独立に
駆動可能とすることができる。

【００８２】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図７を用いて説
明する。図７は、画像形成装置の表示パネルの一例を示
す模式図である。

【００８３】６１は電子放出素子を複数配した電子源基
体、７１は電子源基体６１を固定したリアプレート、７
６はガラス基体７３の内面に画像形成部材である蛍光体
としての蛍光膜７４とメタルバック７５等が形成された
フェースプレートである。

【００８４】７２は支持枠であり、支持枠７２には、リ
アプレート７１、フェースプレート７６がフリットガラ
ス等を用いて接続されている。

【００８５】７７は外囲器であり、例えば、大気中ある
いは窒素中で、４００〜５００度の温度範囲で１０分以
上焼成することで、封着して構成される。

【００８６】なお、リアプレート７１は主に基体６１の
強度を補強する目的で設けられるため、基体６１自体で
十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート７１は不
要とすることができる。即ち、基体６１に直接支持枠７
２を封着し、フェースプレート７６、支持枠７２及び基
体６１で外囲器７７を構成しても良い。

【００８７】一方、フェースプレート７６、リアプレー
ト７１間に、スペーサとよばれる不図示の支持体を設置
することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲
器７７を構成することもできる。

【００８８】なお、本実施の形態の電子放出素子を用い
た画像形成装置では、放出した電子軌道を考慮して、電
子放出素子６４上部に蛍光体（蛍光膜７４）をアライメ
ントして配置する。

【００８９】図８は、本件のパネルに使用した蛍光膜７
４を示す模式図である。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光
体８２の配列により図８（ａ）に示すブラックストライ
プ又は図８（ｂ）に示すブラックマトリクスと呼ばれる
黒色導電材８１と蛍光体８２とから蛍光膜７４を構成し
た。

【００９０】以上のような画像形成装置は、テレビジョ
ン放送の表示装置、テレビ会議システムやコンピュータ
ー等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成され
た光プリンターとしての画像形成装置等としても用いる
ことができる。

【００９１】

【実施例】以下、本実施の形態についての実施例を詳細
に説明する。

【００９２】［実施例１］図２に本実施例により作製し
た電子放出素子の平面図、図１に断面図の一例、及び図
５に本実施例の電子放出素子の製造方法の一例を示す。
以下に、本実施例の電子放出素子の製造工程を詳細に説
明する。

【００９３】（工程１）まず、図５（ａ）に示すよう
に、基板１１に石英を用い、十分洗浄を行った後、スパ
ッタ法により、基板１１上に、カソード電極１２として
厚さ１００ｎｍのTaを積層した。続いて、スパッタ法に
より、絶縁層１３として厚さ５００ｎｍのSiO₂、ゲート
電極１４として厚さ１００ｎｍのTaをこの順で堆積し
た。

【００９４】（工程２）次に、図５（ｂ）に示すよう
に、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト
（ＡＺ１５００／クラリアント社製）のスピンコーティ
ング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパ
ターン１７を形成した。

【００９５】マスクパターン１７は、次工程で開口を形
成するためにドライエッチングされる部分を除いて形成
される。

【００９６】（工程３）そして、図５（ｃ）に示すよう
に、マスクパターン１７をマスクとして、CF₄ガスを用
いて、絶縁層１３及びゲート電極１４をドライエッチン
グし、カソード電極１２でエッチングを停止させ、絶縁
層１３及びゲート電極１４を貫通する開口を形成した。
本実施例では、開口は円形で、その開口径Ｗ１は５００
ｎｍとした。

【００９７】（工程４）次に、CVD法により、図５
（ｄ）に示すように、電子放出膜１５として、ダイヤモ
ンドライクカーボン膜を開口の底面に５０ｎｍ程度堆積
した。反応ガスは、CH₄とH₂とN₂の混合ガスを用いた。

【００９８】（工程５）次に、図５（ｅ）に示すよう
に、スパッタ法により、マスク１８として、開口側壁に
つく厚さが５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ及び２０
０ｎｍとなるようにSiNを堆積した。つまり、掘り込み
径が、それぞれ４００ｎｍ、３００ｎｍ、２００ｎｍ及
び１００ｎｍとなるようにSiNを堆積した。

【００９９】マスク１８は、次工程で開口内に掘り込み
を形成するためにドライエッチングされるために形成さ
れる。

【０１００】（工程６）そして、図５（ｆ）に示すよう
に、マスク１８をマスクとして、Cl₂、CF₄、CHF₃、Ar及
びO₂ガスを用いて、マスク１８、電子放出膜１５、カソ
ード電極１２、及びマスクパターン１７をドライエッチ
ングし、カソード電極１２を貫通し、基板１１が現れる
ところでエッチングを停止させ、開口底面の中央部に掘
り込みを形成した。本実施例では、開口内掘り込みの形
状は円形で、その径Ｗ２は４００ｎｍ、３００ｎｍ、２
００ｎｍ及び１００ｎｍとした。

【０１０１】（工程７）最後に、マスクパターン１７及
びマスク１８を完全に除去し、図５（ｇ）に示すような
本実施例の電子放出素子を完成させた。

【０１０２】以上のようにして作製した電子放出素子を
図４に示すように配置して電子を放出させた。

【０１０３】ここで、１９は陽極であるアノードであ
り、Ｖａはカソード電極１２とアノード１９との電位
差、Ｖｂはゲート電極１４とカソード電極１２との電位
差、Ｄ１はゲート電極１４とアノード１９との距離であ
る。

【０１０４】Ｖｂによって形成された電界によって電子
放出膜１５から放出された電子は、Ｖａによってアノー
ド１９に引き付けられる。

【０１０５】本実施例では、Ｖａ＝５ｋＶ、Ｖｂ＝２０
Ｖ、Ｄ１＝２ｍｍとした。ゲート電極１４とカソード電
極１２との間に電流を計測できる機器を配置し、電子放
出時のゲート電流を測定した。また、アノード１９とし
ては蛍光体を塗布した電極を用い、電子ビーム径を観察
した。ここで言うゲート電流とは、電子放出時にゲート
電極１４とカソード電極１２とに流れる電流である。ま
た、ここで言う電子ビーム径とは、発光した蛍光体のピ
ーク輝度の１０％の領域までのサイズである。

【０１０６】掘り込み径Ｗ２が、４００ｎｍ、３００ｎ
ｍ、２００ｎｍ及び１００ｎｍの場合のゲート電流は、
掘り込みが無い場合と比べ、それぞれ約５８．４％、７
７．２％、８１．４％及び９６．５％に減少した。

【０１０７】ゲート電流が大きければ大きいほど、電子
放出膜１５から放出された電子がゲート電極１４に衝突
していると考えられ、したがって、ゲート電極１４とカ
ソード電極１２との間にある絶縁層１３にも衝突してい
ると考えられる。ゲート電流が流れてしまうと、消費電
力の増大を招き、また、放出された電子が絶縁層１３に
衝突してしまうと、絶縁層のチャージアップによる放電
等の問題が生じてしまうおそれがあるため、ゲート電流
は少ない方が望ましい。

【０１０８】また、掘り込み径Ｗ２が、４００ｎｍ、３
００ｎｍ、２００ｎｍ及び１００ｎｍの場合の電子ビー
ム径は、掘り込みが無い場合と比べ、それぞれ約７２．
５％、８５．７％、９２．９％、９７．０％と小さくな
った。電子ビーム径が小さければ小さいほど、画像形成
装置等に用いた時に、高精細化が可能となるため、電子
ビーム径は小さい方が望ましい。

【０１０９】［実施例２］図９に本実施例により作製し
た電子放出素子の概略断面図を示す。本実施例では、開
口の底で高さの低い掘り込みの底面がカソード電極１２
である例を示し、本実施例においても、本発明の効果が
得られることを示す。ここでは、本実施例の特徴部分の
みを説明し、重複する説明は省略する。

【０１１０】本実施例の電子放出素子の製造工程は、上
述した実施例１の電子放出素子の製造工程と同様である
が、実施例１で述べた工程１において、基板１１上にカ
ソード電極１２となるTaを７００ｎｍ程度積層し、工程
６において、カソード電極１２を１００ｎｍ掘り込んだ
ところでエッチングを停止し、開口内の掘り込みの底面
をカソード電極１２とした。

【０１１１】以上のようにして作製した電子放出素子を
図４に示すものと同様の構成において、Ｖａ＝５ｋＶ、
Ｖｂ＝２０Ｖ、Ｄ１＝２ｍｍで駆動し、電子放出させ
た。

【０１１２】本実施例の電子放出素子のゲート電流及び
電子ビーム径は上述した実施例１と同程度となった。

【０１１３】ここで言うゲート電流及び電子ビーム径
は、実施例１で記述したものと同じである。

【０１１４】［実施例３］図１０に本実施例により作製
した電子放出素子の概略断面図、及び図１１に本実施例
の電子放出素子の製造方法の一例を示す。本実施例では
開口底の全面に電子放出膜１５が積層されている例を示
し、本実施例においても、本発明の効果が得られること
を示す。ここでは、本実施例の特徴部分のみを説明し、
重複する説明は省略する。以下に、本実施例の電子放出
素子の製造工程を詳細に説明する。

【０１１５】（工程１）まず、図１１（ａ）に示すよう
に、実施例１と同様に、基板１１上に、カソード電極１
２、絶縁層１３及びゲート電極１４をこの順で堆積し
た。

【０１１６】（工程２）次に、図１１（ｂ）に示すよう
に、マスクパターン１７を形成した。

【０１１７】マスクパターン１７は、次工程で開口を形
成するためにドライエッチングされる部分を除いて形成
される。

【０１１８】（工程３）そして、図１１（ｃ）に示すよ
うに、マスクパターン１７をマスクとして、絶縁層１３
及びゲート電極１４をドライエッチングし、カソード電
極１２でエッチングを停止させ、絶縁層１３及びゲート
電極１４を貫通するスリット状の開口を形成した。本実
施例では、開口は円形で、その開口径Ｗ１は５００ｎｍ
とした。

【０１１９】（工程４）次に、図１１（ｄ）に示すよう
に、マスク１８として、開口側壁につく厚さが５０ｎ
ｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ及び２００ｎｍとなるよう
にSiNを堆積した。つまり、掘り込み径が、それぞれ４
００ｎｍ、３００ｎｍ、２００ｎｍ及び１００ｎｍとな
るようにSiNを堆積した。

【０１２０】マスク１８は、次工程で開口内に掘り込み
を形成するためにドライエッチングされるために形成さ
れる。

【０１２１】（工程５）そして、図１１（ｅ）に示すよ
うに、マスク１８をマスクとして、マスク１８、カソー
ド電極１２及びマスクパターン１７をドライエッチング
し、カソード電極１２を１００ｎｍ掘り込んだところで
エッチングを停止させ、開口底となっているカソード電
極１２の一部に掘り込みを形成した。本実施例では、開
口内掘り込みの形状は円形で、その径Ｗ２はそれぞれ４
００ｎｍ、３００ｎｍ、２００ｎｍ及び１００ｎｍとし
た。

【０１２２】（工程６）続いて、図１１（ｆ）に示すよ
うに、CF₄とO₂の混合ガスを用いてマスク１８を除去す
る。

【０１２３】（工程７）次に、CVD法により、図１１
（ｇ）に示すように、電子放出膜１５として、ダイヤモ
ンドライクカーボン膜を開口の底面に５０ｎｍ程度堆積
した。反応ガスは、CH₄とH₂とN₂の混合ガスを用いた。

【０１２４】（工程８）最後に、マスクパターン１７を
完全に除去し、図１１（ｈ）に示すような本実施例の電
子放出素子を完成させた。

【０１２５】以上のようにして作製した電子放出素子を
図４に示すものと同様の構成において、Ｖａ＝５ｋＶ、
Ｖｂ＝２０Ｖ、Ｄ１＝２ｍｍで駆動し、電子放出させ
た。

【０１２６】本実施例の電子放出素子では、本実施例と
同様に作製したがカソード電極１２は掘り込まなかった
素子と比べると、掘り込み径Ｗ２が、４００ｎｍ、３０
０ｎｍ、２００ｎｍ及び１００ｎｍの場合のゲート電流
は、掘り込みが無い場合と比べ、それぞれ約５９．７
％、８０．７％、８１．９％、及び９９．８％に減少
し、また、電子ビーム径は、掘り込みが無い場合と比
べ、それぞれ約７４．７％、８８．５％、９５．８％、
９９．２％と小さくなった。

【０１２７】ここで言うゲート電流及び電子ビーム径
は、実施例１で記述したものと同じである。

【０１２８】また、図１０に示した本実施例により作製
した電子放出素子の概略断面図では、開口底となってい
るカソード電極１２の表面の内、掘り込まれていない部
分と掘り込み部に堆積された電子放出膜１５が繋がって
いない構成となっているが、繋がっていても構わない。

【０１２９】[実施例４]図１２に本実施例により作製し
た電子放出素子の概略断面図、及び図１３に本実施例の
電子放出素子の製造方法の一例を示す。本実施例では、
開口底となっているカソード電極１２の表面の内、掘り
込まれていない部分に堆積している電子放出膜１５がゲ
ート電極１４の下部にも堆積している例を示し、本実施
例においても、本発明の効果が得られることを示す。こ
こでは、本実施例の特徴部分のみを説明し、重複する説
明は省略する。以下に、本実施例の電子放出素子の製造
工程を詳細に説明する。

【０１３０】（工程１）まず、図１３（ａ）に示すよう
に、実施例１と同様に、基板１１上に、カソード電極１
２、絶縁層１３及びゲート電極１４をこの順で堆積し
た。

【０１３１】（工程２）次に、図１３（ｂ）に示すよう
に、マスクパターン１７を形成した。

【０１３２】マスクパターン１７は、次工程で開口を形
成するためにドライエッチングされる部分を除いて形成
される。

【０１３３】（工程３）そして、図１３（ｃ）に示すよ
うに、マスクパターン１７をマスクとして、絶縁層１３
及びゲート電極１４をドライエッチングし、カソード電
極１２でエッチングを停止させ、絶縁層１３及びゲート
電極１４を貫通する円形の開口を形成した。本実施例で
は、開口は円形で、その開口径Ｗ１は６００ｎｍとし
た。

【０１３４】（工程４）次に、図１３（ｄ）に示すよう
に、マスク１８として、開口側壁につく厚さが１００ｎ
ｍとなるようにSiNを堆積した。つまり、掘り込み径
が、４００ｎｍとなるようにSiNを堆積した。

【０１３５】マスク１８は、次工程で開口内に掘り込み
を形成するためにドライエッチングされるために形成さ
れる。

【０１３６】（工程５）そして、図１３（ｅ）に示すよ
うに、マスク１８をマスクとして、マスク１８、カソー
ド電極１２及びマスクパターン１７をドライエッチング
し、カソード電極１２を１００ｎｍ掘り込んだところで
エッチングを停止させ、開口底となっているカソード電
極１２の一部に掘り込みを形成した。本実施例では、開
口内掘り込みの形状は円形で、その径Ｗ２は４００ｎｍ
とした。

【０１３７】（工程６）続いて、図１３（ｆ）に示すよ
うに、CF₄とO₂の混合ガスを用いてマスク１８を除去す
る。

【０１３８】（工程７）次に、図１３（ｇ）に示すよう
に、フッ酸によって絶縁層１３の開口側壁を１００ｎｍ
程度さらにウェットエッチングした。

【０１３９】（工程８）次に、CVD法により、図１３
（ｈ）に示すように、電子放出膜１５として、ダイヤモ
ンドライクカーボン膜を開口の底面に５０ｎｍ程度堆積
した。反応ガスは、CH₄とH₂とN₂の混合ガスを用いた。

【０１４０】（工程９）最後に、マスクパターン１７を
完全に除去し、図１３（ｉ）に示すような本実施例の電
子放出素子を完成させた。

【０１４１】以上のようにして作製した電子放出素子を
図４に示すものと同様の構成において、Ｖａ＝５ｋＶ、
Ｖｂ＝２０Ｖ、Ｄ１＝２ｍｍで駆動し、電子放出させ
た。

【０１４２】本実施例の電子放出素子では、本実施例と
同様に作製したがカソード電極１２は掘り込まなかった
素子と比べると、ゲート電流は約６８．６％、電子ビー
ム径は約７９．７％となった。また、開口側壁に電子放
出膜１５が付着することに起因する、ゲート電極１４と
カソード電極１２との間のリークが生じる素子数も軽減
できた。

【０１４３】ここで言うゲート電流及び電子ビーム径
は、実施例１で記述したものと同じである。

【０１４４】また、図１２に示した本実施例により作製
した電子放出素子の概略断面図では、開口底となってい
るカソード電極１２の表面の内、掘り込まれていない部
分に堆積された電子放出膜１５と、掘り込み部に堆積さ
れた電子放出膜１５が繋がっていない構成となっている
が、繋がっていても構わない。

【０１４５】［実施例５］図１５に本実施例により作製
した電子放出素子の概略平面図、図１４に概略断面図及
び図１６に本実施例の電子放出素子の製造方法の一例を
示す。ここで、図１６では、１つの開口部に対する製造
方法のみ図示しているが、その他の開口に対しても同様
である。本実施例では、複数の開口で１つの画素が形成
されており、開口形状がスリット状であり、カソード電
極が２層から形成されている例を示し、本実施例におい
ても、本発明の効果が得られることを示す。ここでは、
本実施例の特徴部分のみを説明し、重複する説明は省略
する。以下に、本実施例の電子放出素子の製造工程を詳
細に説明する。

【０１４６】（工程１）まず、図１６（ａ）に示すよう
に、スパッタ法により、基板１１上に、下層部のカソー
ド電極１２ａとして厚さ６００ｎｍのCrを、上層部のカ
ソード電極１２ｂとして厚さ１００ｎｍのTaをこの順に
積層した。続いて、実施例１と同様に、絶縁層１３及び
ゲート電極１４をこの順で堆積した。

【０１４７】（工程２）次に、図１６（ｂ）に示すよう
に、マスクパターン１７を形成した。

【０１４８】マスクパターン１７は、次工程で開口を形
成するためにドライエッチングされる部分を除いて形成
される。

【０１４９】（工程３）そして、図１６（ｃ）に示すよ
うに、マスクパターン１７をマスクとして、絶縁層１３
及びゲート電極１４をドライエッチングし、カソード電
極１２ｂでエッチングを停止させ、絶縁層１３及びゲー
ト電極１４を貫通するスリット状の開口を形成した。本
実施例では、開口であるスリットの幅Ｗ３は５００ｎｍ
とした。

【０１５０】（工程４）次に、図１６（ｄ）に示すよう
に、マスク１８としてSiNを堆積した。

【０１５１】マスク１８は、次工程で開口内に掘り込み
を形成するためにドライエッチングされるために形成さ
れる。

【０１５２】（工程５）そして、図１６（ｅ）に示すよ
うに、マスク１８をマスクとして、マスク１８及びカソ
ード電極１２ａ、１２ｂをモニタリングしながらドライ
エッチングし、下層部のカソード電極１２ａの上面であ
るCr面が現れるところで、エッチングを停止させた。本
実施例では、開口内掘り込みの形状はスリット形状で、
その幅Ｗ４は４００ｎｍとした。

【０１５３】（工程６）続いて、図１６（ｆ）に示すよ
うに、マスク１８を除去する。

【０１５４】（工程７）次に、図１６（ｇ）に示すよう
に、電子放出膜１５を開口の底に５０ｎｍ程度堆積し
た。

【０１５５】（工程８）最後に、マスクパターン１７を
完全に除去し、図１６（ｈ）に示すような本実施例の電
子放出素子を完成させた。

【０１５６】以上のようにして作製した電子放出素子を
図４に示すものと同様の構成において、Ｖａ＝５ｋＶ、
Ｖｂ＝２０Ｖ、Ｄ１＝２ｍｍで駆動し、電子放出させ
た。

【０１５７】本実施例の電子放出素子の構成では、カソ
ード電極１２ａ、１２ｂを２層にすることによって、エ
ッチングの際に、掘り込み深さを均等にすることがで
き、素子間による掘り込み深さ斑を軽減することができ
た。また、開口をスリット形状とすることによって、開
口が円形である場合と比較して、電子放出面積が大きく
なるため、より大きな放出電流を取ることができた。

【０１５８】[実施例６]実施例１〜５の電子放出素子で
画像形成装置を作製した。

【０１５９】電子放出素子を１００×１００のMTX状に
配置した。配線は、図６のようにＸ側を第一の電極層
に、Ｙ側を第二の電極層に接続した。素子は、横１５０
μｍ、縦３００μｍのピッチで配置した。素子上部には
２ｍｍに距離を隔てた位置に蛍光体を配置した。蛍光体
には５ｋＶの電圧を印加した。この結果、マトリクス駆
動が可能で高精細な画像形成装置が形成できた。

【０１６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子は、基板上に第一の電極と絶縁層と第二の電極が積
層されており、その積層方向に開口が形成されている電
子放出素子において、開口底となっている第一の電極表
面の一部が掘り込まれているため、開口内での等電位面
は凹型となり、したがって、電子放出膜から放出された
電子の開口側壁への散乱を軽減することができ、且つ、
陽極に到達した時の電子ビーム径を小さくすることがで
きる。また、開口底となっている第一の電極表面の内掘
り込まれていない部分に堆積した電子放出膜の表面から
電子を放出させるため、電子放出膜に十分な電界を印加
することができる。

【０１６１】本発明の電子放出素子は、単純な積層構造
から成っているため製造し易く、さらに、構造を制御し
易いため、各電子放出素子での電子放出特性も均一にな
る。

【０１６２】本発明の電子放出素子は、第二の電極を変
調電極としており、陽極に高電圧をかけることができる
ので、放出された電子は、蛍光体を発光させるのに十分
なエネルギーを持って蛍光体に衝突するため、蛍光体で
の十分な輝度が得られる。

【０１６３】本発明の電子放出素子は、絶縁層の厚さを
薄くしたり、電子放出膜として仕事関数の小さい材料を
選んだりする等によって、第二の電極と第一の電極との
間に印加する電圧を低減することができ、低電圧で駆動
することができる。

【０１６４】また、この様な電子放出素子を電子源や画
像形成装置に適用すると、性能の優れた電子源及び画像
形成装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る電子放出素子の構成を示す概
略断面図である。

【図２】実施の形態に係る電子放出素子の構成を示す概
略平面図である。

【図３】実施の形態に係る電子放出素子の動作時に形成
される開口内の電界の様子を示す概略断面図である。

【図４】実施の形態に係る電子放出素子を動作させる時
の構成例を示す概略断面図である。

【図５】実施の形態に係る電子放出素子の製造方法の一
例を示す図である。

【図６】実施の形態に係る単純マトリクス配置の電子源
を示す概略構成図である。

【図７】実施の形態に係る単純マトリクス配置の電子源
を用いた画像形成装置を示す概略構成図である。

【図８】実施の形態に係る画像形成装置に用いられる蛍
光膜を示す図である。

【図９】実施例２に係る電子放出素子を示す概略断面図
である。

【図１０】実施例３に係る電子放出素子を示す概略断面
図である。

【図１１】実施例３にかかる電子放出素子の製造方法の
一例を示す図である。

【図１２】実施例４に係る電子放出素子を示す概略断面
図である。

【図１３】実施例４に係る電子放出素子の製造方法の一
例を示す図である。

【図１４】実施例５に係る電子放出素子を示す概略断面
図である。

【図１５】実施例５に係る電子放出素子を示す概略平面
図である。

【図１６】実施例５に係る電子放出素子の製造方法の一
例を示す図である。

【図１７】従来技術のＦＥ型電子放出素子の一例を示し
た概略断面図である。

【図１８】従来技術のＦＥ型電子放出素子の一例で、カ
ソード電極が掘り込まれている例を示した概略断面図で
ある。

【図１９】従来技術のＦＥ型電子放出素子の一例で、開
口内のカソード端から電子放出させるＦＥ型電子放出素
子の例を示した概略断面図である。

【符号の説明】

１１基板１２，１２ａ，１２ｂカソード電極１３絶縁層１４ゲート電極１５電子放出膜１６等電位面１７マスクパターン１８マスク１９アノード６１基体６２Ｘ方向配線６３Ｙ方向配線６４電子放出素子６５結線７１リアプレート７２支持枠７３ガラス基体７４蛍光膜７５メタルバック７６フェースプレート７７外囲器８１黒色導電材８２蛍光体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EE16 EF01 EF06 EF09 EG12 EH02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に下層の第一の電極と絶縁層と上層
の第二の電極とをこの順に有し、少なくとも前記第二の
電極と前記絶縁層とをそれぞれ貫通する開口が形成さ
れ、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印
加することによって、電子が前記開口を通して放出され
るように構成されている電子放出素子において、前記開口の底が、複数の高さの面で構成されており、電子放出する電子放出膜が、前記開口内の前記第一の電
極の少なくとも最上面上に在ることを特徴とする電子放
出素子。
【請求項２】第一の開口を有する第一の電極と、貫通した第二の開口を有する第二の電極と、前記第一及び第二の開口に連通する第三の開口を有し、
前記第一の電極と第二の電極間に配置される絶縁層と、前記第三の開口内に位置し、前記第一の電極上に配置さ
れた電子放出膜と、を有することを特徴とする電子放出
素子。
【請求項３】前記開口の底の中央部が、前記複数の高さ
の面の内、最下面で形成されていることを特徴とする請
求項１記載の電子放出素子。
【請求項４】前記開口の底の周辺部が、前記第一の電極
の最上面で形成されていることを特徴とする請求項１又
は３記載の電子放出素子。
【請求項５】前記開口の底の前記複数の高さの面の最下
面が、前記第一の電極によって形成されていることを特
徴とする請求項３又は４記載の電子放出素子。
【請求項６】前記電子放出膜が、炭素を含むことを特徴
とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子放出素
子。
【請求項７】前記炭素が、ダイヤモンドライクカーボ
ン、又はダイヤモンドのいずれかを含むことを特徴とす
る請求項６記載の電子放出素子。
【請求項８】前記第一の電極が、複数の層からなること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の電子
放出素子。
【請求項９】前記開口が、円形、多角形、スリット形
状、円形の一部、楕円形及び楕円形の一部のいずれか一
種の形状をなすことを特徴とする請求項１乃至８のいず
れか１項記載の電子放出素子。
【請求項１０】前記電子放出膜及び前記第二の電極から
所定の距離を隔てて設けられ、前記電子放出膜から放出
される電子を引き付ける陽極を有することを特徴とする
請求項１乃至９のいずれか１項記載の電子放出素子。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか１項記載の
電子放出素子を複数個備えて１つの画素を形成している
ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれか１項記載の
電子放出素子を複数個並列に配置し、結線してなる前記
電子放出素子の列を少なくとも１列以上有してなること
を特徴とする電子源。
【請求項１３】請求項１乃至１１のいずれか１項記載の
電子放出素子を複数個配列してなる前記電子放出素子の
列を少なくとも１列以上有し、前記電子放出素子を駆動
する低電位用供給用配線と高電位供給用配線がマトリク
ス配置されていることを特徴とする電子源。
【請求項１４】請求項１２又は１３に記載の電子源と、
該電子源から放出された電子によって画像を形成する画
像形成部材と、を備え、情報信号により前記電子源の各
電子放出素子の電子量を制御することを特徴とする画像
形成装置。
【請求項１５】前記画像形成部材は、蛍光体であること
を特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。