JP2003331712A

JP2003331712A - 電界放出型電子源およびその製造方法ならびに表示装置

Info

Publication number: JP2003331712A
Application number: JP2002136086A
Authority: JP
Inventors: Tomoshi Ueda; 智志上田; Toshihiro Yamamoto; 敏裕山本; Masahiko Seki; 昌彦関; Mizuyoshi Atozawa; 瑞芳後沢; Tatsuya Takei; 達哉武井; Hiroshi Hagiwara; 啓萩原
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に大面積に形成することができる電界放
出型電子源およびその製造方法ならびに表示装置を提供
する。【解決手段】電界放出型電子源１０は、下部電極１２
と微粒子層１４と絶縁層１５と上部電極１６とを有す
る。絶縁層１５および上部電極１６は、多数の連通する
孔部１５ａおよび孔部１６ａを有する。微粒子層１４
は、導電性材料からなる微粒子１４ａが充填された層で
ある。上部電極１６および下部電極１２の間に電界を印
加すると、上部電極１６の孔部１６ａより離間した位置
にある微粒子１４ａ―１から放出された電子が孔部１５
ａおよび孔部１６ａを通って外部に飛び出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出型電子源
およびその製造方法ならびに表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界放出型冷陰極電子源（以下、単に電
子源という。）として、いわゆるスピント型と呼ばれる
電子源や、下部電極、絶縁層および上部電極を順次積層
した構造を有する平面積層型電子源がある。

【０００３】前者のスピント型電子源１ａは、図１に模
式的に示すように、通常モリブデンからなる微小な三角
錐状のチップ（エミッタ）２ａを多数配置した下部電極
３ａと、チップ２ａの先端部を露出する孔部４ａが形成
された上部電極５ａと、下部電極３ａおよび上部電極５
ａの間に形成された絶縁部６ａとを有する。スピント型
電子源１ａは、下部電極３ａに対して上部電極５ａに正
電圧を印加することにより、孔部４ａを通して電子を放
出するように構成されている。

【０００４】このスピント型電子源は、研究の歴史も長
く現在最も完成度の高い技術と考えられている。

【０００５】しかしながら、上記スピント型電子源は、
立体形状のチップを含む電子源を複雑な微細加工技術に
より形成するため製造プロセスが複雑であり、また、多
数の三角錐状の下部電極を精度良く形成することは必ず
しも容易ではない等の不具合点がある。特に、スピント
型電子源を大面積に形成するときには、これらの不具合
は顕著になる。

【０００６】このスピント型電子源と類似の構成の電子
源として、カーボンナノチューブ型の電子源が検討され
ている。カーボンナノチューブ型電子源１ｂは、図２に
模式的に示すように、スピント型電子源１ａにおけるチ
ップ２ａに変えてカーボンナノチューブの層２ｂをエミ
ッタとするものである。なお、図２中、参照符号３ｂは
下部電極を示し、参照符号４ｂはカーボンナノチューブ
の層２ｂを露出する孔部を示し、参照符号５ｂは上部電
極を示す。

【０００７】カーボンナノチューブ型電子源は、電子放
出特性、化学的安定性等に優れるとされている。

【０００８】しかしながら、カーボンナノチューブ型電
子源は、カーボンナノチューブの長さを揃えて形成する
ことが難しく、カーボンナノチューブの先端位置がまち
まちとなる。そのため、上部電極とカーボンナノチュー
ブの先端との間の距離が場所によって異なり、電子を引
き出す電界に違いを生じる。したがって、カーボンナノ
チューブ型電子源を用いた画素構造のディスプレイの場
合には、画素によって輝度等にバラツキを生じるという
不具合がある。

【０００９】上記したスピント型電子源等の不具合点を
解消するものとして、電子源の各構成部分を全て積層方
法によって形成する、前記後者の平面積層型の電子源が
ある。平面積層型電子源には、代表的なものとして、Ｍ
ＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型およびＭＩ
Ｍ（Metal Insulator Metal）型がある。下部電極とし
て、ＭＩＳ型の場合はｎ型シリコン基板が用いられ、Ｍ
ＩＭ型の場合は例えばアルミニウム等の金属材料が用い
られる。

【００１０】上記積層型の電子源は、下部電極から供給
された電子がトンネル現象により絶縁層を通過して上部
電極に到達し、到達した電子の一部が上部電極の仕事関
数の障壁を越えて、上部電極から放出されるように構成
されている。このため、上部電極の厚みは、上部電極の
表面から均一に電子を放出できるように、上部電極内で
の電子の平均自由工程と同程度の１〜１０ｎｍに形成さ
れる。

【００１１】また、積層型電子源と類似の構成の電子源
として、ＢＳＤ型（Ballistic electron Surface-Emi
tting Display）電子源が検討されている。ＢＳＤ型電
子源１ｃは、図３に模式的に示すように、柱状の半導体
結晶であるポリシリコン７ｃと、ポリシリコン７ｃ間に
介在するシリコン酸化膜（図示せず。）が表面に形成さ
れたナノメータオーダーの微結晶シリコン層２ｃとから
なる多孔質ポリシリコン層６ｃをエミッタとするもので
ある。

【００１２】ＢＳＤ型電子源は、電子放出特性の真空度
依存性が小さく、かつホッピング現象が発生せず安定し
て高効率で電子を放出することが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、従来の
ＭＩＳ型等の一般的な積層型電子源およびＢＳＤ型電子
源は、いずれも、上部電極を上記のように薄層に形成す
るため、生産性が低く、また、大面積の電子源を製造す
ることが困難であるという課題を有する。

【００１４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、容易に大面積に形成することができる電界放
出型電子源およびその製造方法ならびに表示装置を提供
することを主な目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電界放出型
電子源は、下部電極と、金属または半導体からなる多数
の微粒子が充填された、電子放出源としての微粒子層
と、絶縁層と、上部電極とが順次積層された積層構造を
有し、該絶縁層および該上部電極は、該絶縁層および該
上部電極間で連通する多数の孔部を有することを特徴と
する。

【００１６】本発明の上記の構成により、発光素子を形
成したときに、陽極基板に向けた電子放出箇所となる多
数の孔部を絶縁層および上部電極に備え、微粒子層の上
面の最上部の微粒子を含む複数の微粒子が各孔部から露
出することにより、無数の電子放出サイトを有するた
め、平均化効果により均一に電子を放出することができ
る。また、微粒子層を構成する微粒子は、市販の金属や
半導体等の材料を容易に入手することができ、この微粒
子を用いて大面積化に適した塗布法により下部電極の上
に簡易に微粒子層形成することができる。また、微粒子
層以外の他の層についても大面積にわたって形成するこ
とができるため、発光素子を容易に大面積に形成するこ
とができる。

【００１７】この場合、前記微粒子層は、第１および第
２の充填部で構成され、該第１の充填部は、該上部電極
の該孔部より離間した位置から下方に延出し、下面が該
下部電極に接するように柱状に設けられた前記微粒子の
層であり、該第２の充填部は、該第１の充填部の周囲に
配置され、上面が該絶縁層に接するように柱状に設けら
れた前記微粒子の層であって、該第２の充填部の微粒子
が絶縁材料で被覆されてなると、より良好な絶縁性能を
得ることができる。このとき、電子放出サイトとなる第
１の充填部はエッチング法により容易に形成することが
できる。

【００１８】ここで、前記絶縁材料は、被覆厚みが１μ
ｍ以下であると、第1の充填部の微粒子を形成するとき
に酸化皮膜の除去を容易に行うことができ、より好適で
ある。また、被覆厚みの下限は特に制限がないが、１ｎ
ｍ以上程度が好ましい。

【００１９】また、本発明に係る電界放出型電子源にお
いて、前記微粒子が５μｍ以下の平均粒径を有すると、
微粒子層から容易に電子を放出させることができるとと
もに、微粒子の塗布性が向上することで微粒子層を容易
に形成することができる。ここで、平均粒径の下限は特
に制限がないが、１ｎｍ以上程度が好ましい。

【００２０】また、本発明に係る電界放出型電子源の製
造方法は、請求項１記載の電界放出型電子源の製造方法
であって、下部電極を形成した後、該下部電極上に多数
の微粒子を積層して微粒子層を形成する工程と、該微粒
子層上に非水溶性樹脂の水性乳剤を塗布、乾燥してバッ
ファ層を形成する工程と、該バッファ層上に絶縁層およ
び上部電極を順次積層して形成する工程と、焼成して該
バッファ層を揮散させて、該バッファ層が逸出する通路
となった該絶縁層および該上部電極の部位に、連通する
孔部を形成する工程とを有することを特徴とする。

【００２１】これにより、例えばスパッタリング法等に
よって上部電極を所望の厚みに簡易に形成することがで
き、また、従来のフォトプロセスを用いたエッチング法
によって上部電極の孔部を形成する方法に比べて、上部
電極の微細な孔部を簡易な方法で形成することができ
る。

【００２２】また、本発明に係る表示装置は、上記の電
界放出型電子源を含む陰極基板と、該陰極基板の電子放
出方向に対向して設けられた陽極基板とを有する発光素
子を備えてなることを特徴とする。

【００２３】ここで、発光素子を構成する陽極基板は、
蛍光部および電極を有するものである。

【００２４】これにより、上記電界放出型電子源の効果
を好適に発揮する表示装置を得ることができる。

【００２５】また、本発明に係る表示装置は、陰極基板
と、該陰極基板の電子放出方向に対向して設けられた陽
極基板とを有する発光素子を備え、該陰極基板は下部電
極および上部電極を有し、該下部電極および該上部電極
はそれぞれ複数の帯状電極部で構成され、該下部電極の
該複数の帯状電極部および該上部電極の該複数の帯状電
極部を交差させて行列状に配列して複数の交差部が設け
られ、該交差部が、該下部電極および上部電極の間に微
粒子層を備えた上記の電界放出型電子源であり、該陽極
基板は、電極と、該交差部に対向する位置に該交差部に
対応して設けられた蛍光部とを有することを特徴とす
る。

【００２６】これにより、行列状に形成された画素にパ
ターンを表示することができる。

【００２７】この場合、前記蛍光部は、異なる色の蛍光
を発生する２以上の種類の蛍光体が配置されてなると、
カラー表示することができて好適である。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態（以下、本実
施の形態例という。）について、以下に説明する。

【００２９】まず、本実施の形態の第１の例に係る電界
放出型電子源について、図４を参照して説明する。

【００３０】図４に示すように、本実施の形態の第１の
例に係る電界放出型電子源１０は、下部電極１２と、下
部電極１２上に形成される微粒子層１４と、微粒子層１
４上に形成される絶縁層１５と、絶縁層１５上に形成さ
れる上部電極１６とを有する。なお、図４中、絶縁層１
５については、視認し易いように便宜的に梨地模様を付
して表示した。

【００３１】下部電極１２は、通常のＭＩＭ型積層型電
子源の下部電極と同様のアルミニウム等の導電性材料か
らなる薄膜または厚膜である。導電性材料としては、ア
ルミニウムのほか、金、銀、クロム、銅、ニッケル、
鉄、コバルト、モリブデン等の金属を用いてもよく、ま
た、これらの金属の合金を用いてもよい。この場合、下
部電極１２は、単一の種類の導電性材料によりまたは複
数の種類の導電性材料を混合して形成した単一の層であ
ってもよく、あるいはまた複数の層の積層構造であって
もよい。また、下部電極１２は、通常のＭＩＳ型積層型
電子源の下部電極と同様のｎ型シリコン基板等であって
もよい。

【００３２】下部電極１２の厚みＴ３には特に制限はな
いが、例えば、１００ｎｍ（１０００Å）〜１０μｍ程
度である。

【００３３】微粒子層１４は、電子放出源となる、多数
の微粒子１４ａが充填された層である。微粒子層１４の
厚みＴ１に特に制限はないが、好適には、１００μｍ以
下の厚みに形成する。微粒子１４ａの材料は、導電性材
料または半導体である。導電性材料としては、アルミニ
ウムや金等の適宜の金属微粒子を用いることができる。
また、半導体としては、リンをドープしたシリコン等の
適宜のものを用いることができる。微粒子１４ａは、好
ましくは５μｍ以下の平均粒径を有するものを用いる。
平均粒径の下限は特に制限がないが、１ｎｍ以上程度が
好ましい。

【００３４】微粒子層１４は、図４では多数の微粒子１
４ａが水平方向に配置された状態に示されているが、微
粒子を充填する構造上、最上部では少なくとも１個の微
粒子１４ａ−１が絶縁層１５の孔部１５ａから露出し、
孔部１６ａに最も近接した状態に配置される。一方、下
方、例えば、最下部では、複数個の微粒子１４ａが水平
方向に配置されていてもよい。

【００３５】微粒子層１４は、孔部１６ａの下部に位置
する微粒子１４ａ−１が孔部１６ａとの間に存在する空
間（隙間）によって上部電極１６と電気的に絶縁可能な
状態にあり、一方、微粒子１４ａ−１の周辺の微粒子１
４ａは絶縁層１５によって上部電極１６と絶縁された状
態にある。また、柱状に充填された状態の上下の各微粒
子１４ａが相互に接触するとともに下面の最下部の微粒
子１４ａ−２が下部電極１２に接することによって下部
電極１２と導通可能な状態にある。すなわち、微粒子層
１４は、最上部の微粒子１４ａ−１が電子放出サイトと
なり、いわば、スピント型電子源の微小な三角錐状のチ
ップに相当する。但し、スピント型電子源の場合、チッ
プの先端部のみから電子が放出する構造であるのに対し
て、微粒子層１４の場合、孔部１６ａに近接した微粒子
１４ａ−１およびこの微粒子１４ａ−１の周辺の微粒子
１４ａから電子を放出することができる構造である点で
スピント型電子源と相違する。

【００３６】絶縁層１５は、例えば二酸化ケイ素や酸化
アルミニウム等の絶縁材料からなる層である。絶縁層１
５は、多数の孔部１５ａを有する。絶縁層１５の厚み
は、電気的絶縁が保たれるのに充分な厚さであるととも
に、孔部１５ａを容易に形成できる程度の薄さである。
材料によって最適な厚みは異なるが、１００ｎｍ〜５μ
ｍ程度の厚みが好ましい。

【００３７】上部電極１６は、下部電極１２と同様の導
電性材料からなる薄膜である。但し、上部電極１６は、
多数の孔部１６ａを有する点が通常の上部電極と相違す
る。上部電極１６は、厚みＴ４には制限がないが、好適
には５０〜２００ｎｍ程度の厚みに形成する。この上部
電極１６の厚みは、抵抗値が大きくならない程度の充分
な厚さであるとともに、孔部１６ａを容易に形成できる
程度の薄さである。

【００３８】以上説明した本実施の形態例に係る電界放
出型電子源１０の製造方法について、以下説明する。

【００３９】電界放出型電子源１０は、前掲した図４に
示すように、基板１８上に形成される。この電界放出型
電子源１０および基板１８は、後述する発光素子の陰極
基板を構成する。

【００４０】基板１８は、ガラスやセラミクス等の絶縁
性材料で形成したものを用いる。

【００４１】この基板１８の上に下部電極１２を形成す
る。

【００４２】電極の形成方法は、金属ペーストをスクリ
ーン印刷する方法やスパッタリング法等を用いることが
できる。ここでは、例えばアルミニウムを材料としてス
パッタリング法により成膜して下部電極１２を形成す
る。

【００４３】下部電極１２上に微粒子層１４を形成す
る。

【００４４】微粒子層１４は、例えば市販の平均粒径が
７０ｎｍ程度の銀の金属微粒子（真空冶金株式会社製
商品名：Ａｇ超微粒子）を準備し、この金属微粒子を適
当な媒体を用いてスラリー化したものを下部電極１２上
に塗布することにより形成される。

【００４５】つぎに、例えば二酸化ケイ素を材料として
ＥＢ蒸着法により微粒子層１４の上に蒸着して絶縁層１
５を形成する。このとき、絶縁層１５は島（アイラン
ド）状に形成され、隣り合う島間に無数の孔部１５ａを
有する。

【００４６】上部電極１６は、下部電極１２と同様の方
法により形成することができる。このとき、例えばスパ
ッタリングして成膜することで、絶縁層１５の成膜形態
に引きずられて島（アイランド）状に形成され、隣り合
う島間に無数の孔部１６ａを有する上部電極１６が形成
される。あるいは、無数の孔部１６ａを有する島（アイ
ランド）状または板状の上部電極１６が形成される。

【００４７】なお、上記した絶縁層１５の孔部１５ａお
よび上部電極１６の孔部１６ａについて、図４では、孔
部１５ａおよび孔部１６ａが連通した状態にあるものの
みを模式的に示したが、詳細には、孔部１５ａおよび孔
部１６ａはそれぞれ別々に独立して形成される。このた
め、孔部１５ａおよび孔部１６ａが連通しないケースも
ある。但し、このとき、上記のように無数の孔部１５ａ
および孔部１６ａの大部分は、それぞれ１つの微粒子１
４を露出した状態で形成され、また、孔部１５ａの上に
は略確実に孔部１６ａが形成されるため、結局は図４の
ように多数の連通した孔部１５ａおよび孔部１６ａが形
成されることになる。

【００４８】ここで、従来の平面積層型の電子源の場
合、電子を透過させるために上部電極は前記したように
１０ｎｍ以下程度の薄膜に形成する必要があるが、本実
施の形態例の場合、上部電極１６は電子放出サイトでは
なく電子を孔部に吸引するためのものであるため、任意
の厚みに形成することができ、また、厚みの均一性も必
要ではない。このため、印刷法等の塗布法により上部電
極１６を容易に大面積に形成することができる。

【００４９】以上説明した本実施の形態の第１の例に係
る電界放出型電子源１０は、無数の電子放出サイトを有
するため、平均化効果により均一に電子を放出すること
ができる。また、微粒子層を構成する微粒子は、市販の
金属や半導体等の材料を容易に入手することができ、こ
の微粒子を用いて塗布法等により下部電極の上に簡易に
微粒子層形成することができる。また、微粒子層以外の
他の層についても塗布法によって形成することができる
ため、発光素子を容易に大面積に形成することができ
る。

【００５０】本実施の形態の第１の例に係る電界放出型
電子源１０は、後述するように蛍光部を発光させる発光
素子に構成することにより、表示装置、ライトバルブあ
るいはバックライトに好適に用いることができるととも
に、さらに走査型電子顕微鏡等の他の用途にも広く適用
することができる。

【００５１】つぎに、本実施の形態の第２の例に係る電
界放出型電子源２０について、図５および図６を参照し
て説明する。

【００５２】電界放出型電子源２０は、図５に示すよう
に、基本的な構成は電界放出型電子源１０と同様であ
る。このため、以下の説明において、同一の構成要素に
ついては同一の参照符号を付すとともに重複する説明を
省略する。

【００５３】電界放出型電子源２０は、下部電極１２
と、微粒子層１７と、絶縁層１５と、上部電極１６とを
有する。なお、図５中、絶縁層１５については、図４と
同様に梨地模様を付して表示した。

【００５４】電界放出型電子源２０は、微粒子層１７の
構成が電界放出型電子源１０の微粒子層１４の構成と相
違する。

【００５５】微粒子層１７は、第１および第２の充填部
２２、２４で構成される。

【００５６】第１の充填部２２は、上部電極１６の孔部
１６ａより離間した位置から下方に延出し、下面が下部
電極１２に接するように、柱状に設けられた導電性材料
からなる微粒子２２ａの層である。微粒子２２ａは、例
えばアルミニウムにより形成される。

【００５７】第２の充填部２４は、第１の充填部２２の
周囲に配置される。第２の充填部２４は、図６に示すよ
うに、上面が上部電極１６に接する、絶縁材料からなる
絶縁層２６で被覆された導電性材料からなるコア２８を
有する微粒子２４ａの層である。なお、図５に示すよう
に第２の充填部２４の下面が下部電極１２に接する構造
であってもよく、また、第２の充填部２４の下面と下部
電極１２との間に第１の充填部２２の微粒子２２ａが介
在した構造であってもよい。

【００５８】微粒子２４ａは、コア２８を形成する導電
性材料として第１の充填部２２の微粒子２２ａと同様の
金属等を用いることができ、例えばアルミニウムを用い
る。微粒子２４ａは、図６に示すように、コア２８の平
均粒径Ｄが例えば第１の充填部２２の微粒子２２ａと同
様に５μｍ以下であり、例えば第１の充填部２２の微粒
子２２ａと同じ１００ｎｍ程度である。コア２８を被覆
する絶縁層２６は、厚みが１μｍ以下に形成され、ここ
では例えば１〜１０ｎｍ程度の厚みＴ２を有する。

【００５９】第２の充填部２４は、第１の充填部２２を
上部電極１６と離間させて電気的に絶縁状態に保持可能
とする機能を有するとともに、上部電極１６と下部電極
１２とを電気的に絶縁状態で接合する絶縁層としての機
能を有する。この場合、絶縁層１５の存在により、より
確実な絶縁性を得ることができる。

【００６０】以上説明した本実施の形態の第２の例に係
る電界放出型電子源２０の製造方法について、図７およ
び図８を参照して以下説明する。

【００６１】電界放出型電子源２０の製造方法は、基板
１８、下部電極１２については、電界放出型電子源１０
の製造方法と同様であるため、重複する説明を省略す
る。

【００６２】第１および第２の充填部２２、２４からな
る微粒子層１７は、以下の方法により形成する。

【００６３】下部電極１２上に微粒子層１７の元となる
微粒子積層部を形成する。

【００６４】微粒子積層部は、まず、ガス中蒸発法等を
用いて、アルミニウムの微粒子の表面を酸化させて微粒
子２４ａを形成した後、スクリーン印刷法、静電振動
法、スプレー法あるいは圧着法等の適宜の方法を用いて
微粒子２４ａを下部電極１２上に積層することにより形
成することができる。なお、ガス中蒸発法で形成した微
粒子２４ａを直ちにスプレー法で下部電極１２上に噴射
して積層して微粒子積層部を形成することも可能であ
る。

【００６５】例えば、まず、ガス中蒸発法により微粒子
２４ａ形成する場合、ヘリウム等の不活性ガス中に適量
の酸素を導入したガス雰囲気下でアルミニウム材料を抵
抗加熱して蒸発させる。これにより、緻密な酸化皮膜を
有するアルミニウムの微粒子２４ａを得る。つぎに、ス
クリーン印刷法により微粒子積層部を形成する場合、微
粒子２４ａと、溶媒およびビヒクル等とを混合したペー
ストを下部電極１２にスクリーン印刷した後、１２０℃
程度の温度で乾燥してビヒクル中の溶媒を除去し、さら
に４００〜５２０℃の温度で焼成して、ビヒクル中の樹
脂等の有機物を除去する。これにより、微粒子２４ａが
積層された微粒子積層部を得る。この場合、ガス中蒸発
法により形成された酸化皮膜が緻密であるため、微粒子
２４ａの酸化皮膜が厚くなりすぎることがない。また、
電子源として使用するときに酸化が進行することもな
い。

【００６６】また、スクリーン印刷法に代えて静電振動
法により微粒子積層部を形成する場合、特開平６−１５
８３５０号公報に開示された方法を用いることができ
る。

【００６７】この場合、図７に示すように、表面酸化し
たアルミニウムの微粒子２４ａを下部電極１２上に分布
させ、ついで、下部電極１２上に図示しない絶縁部材を
載置し、絶縁部材の上に微粒子積層部形成電極３０を配
置し、下部電極１２、微粒子積層部形成電極３０および
絶縁部材により密閉空間を形成する。その後、密閉空間
内を減圧した状態で所定の電圧を下部電極１２および微
粒子積層部形成電極３０間に印加し、さらに所定の条件
で印加電圧を上昇させる。その結果、下部電極１２およ
び微粒子積層部形成電極３０間に形成された電界によ
り、微粒子２４ａは下部電極１２および微粒子積層部形
成電極３０間で振動を開始し、電界の強度の増大に伴い
激しくなった振動により、微粒子２４ａは下部電極１２
および微粒子積層部形成電極３０に衝突し、下部電極１
２および微粒子積層部形成電極３０の表面に埋め込まれ
堆積され、微粒子積層部が形成される。この方法によれ
ば、略常温下で微粒子層積層部を形成することができる
ため、酸化皮膜が厚膜に形成されるおそれがない点にお
いて、上記スクリーン印刷法よりもより好適である。な
お、図７中、参照符号３２ａ、３２ｂはそれぞれ下部電
極１２および微粒子積層部形成電極３０が載置されるガ
ラス基板を示す。

【００６８】上記いずれかの方法により下部電極１２の
上に微粒子積層部を形成した後、微粒子積層部の上に絶
縁層１５および上部電極１６を形成する。絶縁層１５お
よび上部電極１６の形成方法については、後述する。

【００６９】絶縁層１５および上部電極１６を形成した
後、さらに、以下の方法により、第１および第２の充填
部２２、２４からなる微粒子層１７を形成する。

【００７０】上部電極１６を言わばマスクとして、例え
ばふっ酸等のエッチング液を用いて微粒子積層部をエッ
チングする。このとき、孔部１６ａおよび孔部１５ａか
ら微粒子層１７内に浸透したエッチング液は略孔部１６
ａの直下の微粒子のみをエッチングし、微粒子表面の酸
化皮膜が除去される。これにより、酸化皮膜が除去され
た柱状の微粒子の層が第１の充填部２２となり、酸化皮
膜が除去されなかった微粒子の層が第２の充填部２４と
なる。このとき、エッチング液の流入により、下層の微
粒子が密充填されるにつれて、孔部１６ａの直下の微粒
子は下方へあるいは周囲に押し流されて、孔部１６ａと
その直下の微粒子２２ａ−１との間に隙間が形成され
る。

【００７１】つぎに、絶縁層１５および上部電極１６の
形成方法について、図８および図９を参照して説明す
る。

【００７２】上記した微粒子層１７の言わば前駆体であ
る微粒子積層部を形成した後（図８（ａ）。微粒子積層
部に参照符号３４を付し、便宜的に層状に表示。）、絶
縁層１５および上部電極１６を形成するに先立ち、微粒
子積層部３４の上にバッファ層（フィルミング乳剤層）
３６を形成する（図８（ｂ））。

【００７３】バッファ層３６を形成するには、まず、非
水溶性樹脂の水性乳剤である、下記配合例のフィルミン
グ乳剤を準備する。

【００７４】・アクリル樹脂共重合体（商品名：Ｂ７４Ｍ）１９６．８ｇ・純水１３３．５ｇ・コロイド状シリカ水溶液（商品名：Ｌｕｄｏｘ（登録商標））１２．７ｇ・過酸化水素水（３５％）８．４ｇ・グリセリン１５．０ｇ上記５種類の溶液を混合し、さらに水酸化アンモニウム
（２８％）を適量加えて混合溶液のｐＨを約７に中和す
る。

【００７５】この中和した混合溶液をフィルミング乳剤
とよぶ。

【００７６】上記のフィルミング乳剤をスクリーン印刷
法やスピンコート法等により、微粒子積層部３４の上に
例えば５μｍ以下程度の厚みに塗布する。その後、例え
ば５５℃で３分間乾燥することで、水分が蒸発し、バッ
ファ層（フィルミング乳剤層）３６が形成される。

【００７７】バッファ層３６の上に、本実施の形態の第
１の例と同様の方法により、絶縁層１５および上部電極
１６を形成する（図８（ｃ）、（ｄ））。この場合、こ
の段階では本実施の形態の第１の例のように孔部１５ａ
および孔部１６ａを形成する必要がないため、絶縁層１
５および上部電極１６は所望の厚みに形成することがで
きる。

【００７８】最後に、バッファ層３６ならびに絶縁層１
５および上部電極１６が形成された基板１８を例えば４
００〜６００℃で焼成する。焼成により、バッファ層３
６が逸散するが、このとき、バッファ層３６が逸散する
通路となる絶縁層１５および上部電極１６の部位に微細
な孔部１５ａおよび孔部１６ａが連通して形成される
（図８（ｅ））。

【００７９】この孔部１５ａおよび孔部１６ａは、図９
に示すように、例えば２０μｍ角の面積中に数十個の亀
裂状に形成される。この亀裂状の孔部１５ａおよび孔部
１６ａは、幅が例えば１２０〜６００ｎｍ程度であり、
長さが例えば６００ｎｍ〜６μｍ程度である。

【００８０】なお、上記の方法により絶縁層１５および
上部電極１６に孔部１５ａおよび孔部１６ａを形成した
後、前記した方法により、微粒子積層部３４から微粒子
層１７が形成される。

【００８１】以上説明した本実施の形態の第２の例に係
る電界放出型電子源２０は、本実施の形態の第１の例に
係る電界放出型電子源１０と同様の効果を得ることがで
きるとともに、特に、上部電極を所望の厚みに簡易に形
成することができ、また、従来のフォトプロセスを用い
たエッチング法によって上部電極の孔部を形成する方法
に比べて、上部電極の微細な孔部を簡易な方法で形成す
ることができる。

【００８２】つぎに、本実施の形態例に係る表示装置の
第一の例について、図１０を参照して説明する。

【００８３】表示装置は、図１０に示す発光素子３８を
有する。

【００８４】発光素子３８は、陰極基板４０と、陰極基
板４０に対向して設けられた陽極基板４２とで構成され
る。

【００８５】陰極基板４０は、本実施の形態の第２の例
に係る電界放出型電子源２０と、電界放出型電子源２０
が載置された基板１８とで構成される。

【００８６】陽極基板４２は、ガラス等により形成した
基板４４の上にＩＴＯ等により形成した透明電極４６が
設けられ、さらに順次、例えばＣＲＴで使われるＰ２２
蛍光体で形成した蛍光部４８およびアルミバック５０が
積層して形成され、アルミバック５０の側を陰極基板４
０に向けて配置されている。なお、アルミバック５０
は、透明電極がない場合に透明電極に変わって電極とし
て機能するとともに、輝度の向上、蛍光部の劣化防止あ
るいは蛍光部の帯電防止等の役割を有するものである
が、通常、透明電極を有する場合であって後述する電圧
Ｖａが４ｋＶ以下のときには設けなくてもよい。

【００８７】陰極基板４０および陽極基板４２は、図示
しないスペーサにより所定間隔離間して保持、一体化さ
れる。また、各部材は図示しない筐体内に収容され、陰
極基板４０と陽極基板４２との間の空間部が真空に保持
される。

【００８８】発光素子３８は、陰極基板４０において、
下部電極１２を負極とし上部電極１６を正極として例え
ば５０Ｖ以下の電圧Ｖｋを印加することにより、生成す
る高電界下、第１の充填部２２の最上部の微粒子２２ａ
−１等から孔部１６ａを通って電子が放出され、さらに
上部電極１６に対して透明電極４６を正極として例えば
４ｋＶ以上の電圧Ｖａを印加することで、電子が陽極基
板４２に吸引、加速され、蛍光部４８に衝突し、発光す
る。生成した発光（可視光）は、透明電極４６および基
板４４を透過して外部より視認される。なお、図１０
中、記号Ｉｇはダイオード電流を示し、記号Ｉａはエミ
ッション電流を示す。

【００８９】上記第一の例の発光素子３８を有する表示
装置は、前記した電界放出型電子源２０の効果を好適に
発揮することができる。

【００９０】つぎに、本実施の形態例に係る表示装置の
第二の例について、図１１〜図１６を参照して説明す
る。

【００９１】第二の例の表示装置は、第一の例の発光素
子３８と同様に陰極基板５２および陽極基板５４で構成
される発光素子を有する。

【００９２】陰極基板５２について、図１１〜図１３を
参照して説明する。

【００９３】陰極基板５２は、下部電極５６が、基板５
８の上に図１１中上下方向に延出する帯状（ストライプ
状）に形成された９本の下部電極部５６ａ〜５６ｉとし
て形成されている。また、上部電極６０が下部電極５６
の上に下部電極部（帯状電極部）５６ａ〜５６ｉと交差
して図１１中左右方向に延出する帯状に形成された３本
の上部電極部（帯状電極部）６０ａ〜６０ｃとして形成
されている。上部電極６０と下部電極５６とが交差する
３行９列の交差部（図１１中矢印Ａで示す。）は、上部
電極６０と下部電極５６との間に本実施の形態の第２の
例に係る電界放出型電子源２０の微粒子層１７が形成さ
れている。すなわち、交差部Ａは、本実施の形態の第２
の例に係る電界放出型電子源２０で構成されている。

【００９４】陰極基板５２は、以下の方法により形成す
る。

【００９５】基板５８上に形成する下部電極５６は、厚
みに応じて適宜選択した方法を用いることができる。下
部電極５６を厚膜に形成するときは、導電性ペーストを
スクリーン印刷する方法あるいはフォトリソグラフィ法
を用いることができる。また、下部電極５６を薄膜に形
成するときは、スパッタリング法等の成膜法を用いるこ
とができ、この場合、蒸着後、レジストをパターニング
し、エッチングやリフトオフ等により不要部分を除去
し、９つの下部電極部５６ａ〜５６ｉを形成することが
できる。

【００９６】ついで、下部電極５６上に、既に説明した
方法により微粒子層１７を形成する。この場合、図示す
るように交差部Ａのみに選択的に微粒子層１７を積層し
てもよいが、前記したように積層される微粒子２４ａは
絶縁層２６で被覆されているため、これに限らず、全面
ベタに微粒子層１７、言い換えれば、微粒子積層部を形
成してもよい。

【００９７】さらに、下部電極５６と同様の方法によ
り、上部電極６０を形成する。

【００９８】最後に、既に説明した方法で微粒子層１７
をエッチングして第１および第２の充填部２２、２４を
形成する。

【００９９】陽極基板５４について、図１４〜図１６を
参照して説明する。

【０１００】陽極基板５４は、蛍光部６２が、基板６４
の上に、陰極基板５２と対応して３行９列の帯状の蛍光
体部６２ａに形成されている。蛍光体部６２ａは、例え
ば近接する３つの蛍光体部６２ａ−１、６２ａ−２．６
２ａ−３がそれぞれ赤、青、緑色の発色を呈する蛍光体
で形成される。基板６４上の蛍光体部６２ａ間の隙間に
は、ブラックマトリクス６６が形成されている。さら
に、最上層にアルミバック６８が蛍光体部６２ａおよび
ブラックマトリクス６６の全面を覆って形成される。な
お、この場合、アルミバック６８は陽極基板５４の電極
部の役割を果たす。

【０１０１】上記陽極基板５４の各層は、スクリーン印
刷法やスパッタリング法等の適宜の方法を用いて形成す
ることができる。

【０１０２】上記のように構成された第２の例の表示装
置は、赤、青、緑色の発色を呈する蛍光体部５２ａ−
１、６２ａ−２．６２ａ−３の組で構成される９個の画
素（交差部Ａ）を制御することにより、カラー動画表示
することができ、このとき、前記した電界放出型電子源
２０の効果を好適に発揮することができる。

【０１０３】つぎに、本実施の形態例に係るライトバル
ブについて、図１７を参照して説明する。

【０１０４】図１７に示すように、本実施の形態例に係
るライトバルブ７０は、直径が５〜３０ｍｍ程度の真空
管７２の内部に、本実施の形態例の表示装置と同様の陰
極基板７４および陽極基板７６を対向させて配置した構
成を有する。すなわち、陰極基板７４は、基板７８、下
部電極８０、微粒子層８２および上部電極８４を積層し
た構造であり、陽極基板７６は、基板としてのレンズ８
６に蛍光部８８および電極としてのアルミバック９０を
積層した構造である。

【０１０５】本実施の形態例に係るライトバルブ７０
は、屋外や屋内の大型表示装置用の発光素子や、信号機
用の発光素子としての利用が考えられ、このとき、前記
した電界放出型電子源１０、２０の効果を好適に発揮す
ることができる。

【０１０６】つぎに、本実施の形態例に係るバックライ
トについて、図１８を参照して説明する。

【０１０７】図１８に示すように、本実施の形態例に係
るバックライト９２は、所謂直下型のバックライトであ
り、光照射部としての本実施の形態例の表示装置と同様
の陰極基板９４と、発光部としての本実施の形態例の表
示装置と同様の陽極基板９６とを対向させて配置した構
成を有する。すなわち、陰極基板９４は、基板９８、下
部電極１００、微粒子層１０２および上部電極１０４で
構成され、陽極基板９６は、基板１０６、蛍光部１０８
およびアルミバック１１０で構成される。陰極基板９４
および陽極基板９６は、スペーサ１１２により所定間隔
離間して固定されている。

【０１０８】本実施の形態例に係るバックライト９２
は、例えば液晶パネルをバックライト９２の上に載置す
ることにより、透過型液晶表示装置として利用すること
ができ、このとき、前記した電界放出型電子源１０、２
０の効果を好適に発揮することができる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明に係る電界放出型電子源によれ
ば、下部電極と、金属または半導体からなる多数の微粒
子が充填された、電子放出源としての微粒子層と、絶縁
層と、上部電極とが順次積層された積層構造を有し、絶
縁層および上部電極は、絶縁層および上部電極間で連通
する多数の孔部を有するため、発光素子を形成したとき
に、平均化効果により均一に電子を放出することができ
る。また、微粒子層を構成する微粒子は、市販の金属や
半導体等の材料を容易に入手して、大面積化に適した塗
布法により下部電極の上に簡易に形成することができ
る。また、微粒子層以外の他の層についても大面積にわ
たり形成することができるため、発光素子を容易に大面
積に形成することができる。

【０１１０】また、本発明に係る電界放出型電子源によ
れば、微粒子層は、第１および第２の充填部で構成さ
れ、第１の充填部は、上部電極の孔部より離間した位置
から下方に延出し、下面が下部電極に接するように柱状
に設けられた微粒子の層であり、第２の充填部は、第１
の充填部の周囲に配置され、上面が絶縁層に接するよう
に柱状に設けられた微粒子の層であって、第２の充填部
の微粒子が絶縁材料で被覆されてなるため、より良好な
絶縁性能を得ることができる。また、電子放出サイトと
なる第１の充填部はエッチング法により容易に形成する
ことができる。

【０１１１】また、本発明に係る電界放出型電子源によ
れば、微粒子が５μｍ以下の平均粒径を有するため、微
粒子層から容易に電子を放出させることができるととも
に、微粒子層を容易に形成することができる。

【０１１２】また、本発明に係る電界放出型電子源の製
造方法によれば、上記の電界放出型電子源の製造方法で
あって、下部電極を形成した後、下部電極上に多数の微
粒子を積層して微粒子層を形成する工程と、微粒子層上
に非水溶性樹脂の水性乳剤を塗布、乾燥してバッファ層
を形成する工程と、バッファ層上に絶縁層および上部電
極を順次積層して形成する工程と、焼成して該バッファ
層を揮散させて、バッファ層が逸出する通路となった絶
縁層および上部電極の部位に、連通する孔部を形成する
工程とを有するため、例えばスパッタリング法等によっ
て上部電極を所望の厚みに簡易に形成することができ、
また、上部電極の微細な孔部を簡易な方法で形成するこ
とができる。

【０１１３】また、本発明に係る表示装置によれば、上
記の電界放出型電子源を含む陰極基板と陽極基板とを有
する発光素子を備えてなるため、上記電界放出型電子源
の効果を好適に発揮する表示装置を得ることができる。

【０１１４】また、本発明に係る表示装置によれば、下
部電極の複数の帯状電極部および上部電極の複数の帯状
電極部を交差させて行列状に配列して複数の交差部が設
けられ、交差部が上記の電界放出型電子源であり、陽極
基板は、電極と蛍光部とを有するため、行列状に形成さ
れた画素にパターンを表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スピント型電子源の概略構成を示す図である。

【図２】カーボンナノチューブ型電子源の概略構成を示
す図である。

【図３】ＢＳＤ型電子源の概略構成を示す図である。

【図４】本実施の形態の第１の例に係る電界放出型電子
源の概略構成を示す図である。

【図５】本実施の形態の第２の例に係る電界放出型電子
源の概略構成を示す図である。

【図６】本実施の形態の第２の例に係る電界放出型電子
源の微粒子の断面図である。

【図７】本実施の形態の第２の例に係る電界放出型電子
源の微粒子層を静電振動法で形成するときの装置の概略
構成を示す図である。

【図８】本実施の形態の第２の例に係る電界放出型電子
源の絶縁層および上部電極を形成する方法を説明するた
めの図である。

【図９】本実施の形態の第２の例に係る電界放出型電子
源の絶縁層および上部電極に形成された亀裂状の孔部を
示す図である。

【図１０】本実施の形態例に係る表示装置の第一の例の
発光素子の概略構成を示す図である。

【図１１】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の
陰極基板の概略平面図である。

【図１２】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の
陰極基板の図１１中ＸＩＩ−ＸＩＩ線上断面図である。

【図１３】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の
陰極基板の図１１中ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線上断面図であ
る。

【図１４】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の
陽極基板の概略平面図である。

【図１５】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の
陽極基板の図１４中ＸＶ−ＸＶ線上断面図である。

【図１６】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の
陽極基板の図１４中ＸＶＩ−ＸＶＩ線上断面図である。

【図１７】本実施の形態例に係るライトバルブの概略構
成を示す図である。

【図１８】本実施の形態例に係るバックライトの概略構
成を示す図である。

【符号の説明】

１０、２０電界放出型電子源１２、５６、８０、１００下部電極１４、１７、８２、１０２微粒子層１４ａ、２２ａ、２４ａ微粒子１５絶縁層１５ａ、１６ａ孔部１６、６０、８４、１０４上部電極１８、４４、５８、６４、９８、１０６基板２２第１の充填部２４第２の充填部２６絶縁層２８コア３６バッファ層３８発光素子４０、５２、７４、９４陰極基板４２、５４、７６、９６陽極基板４６透明電極４８、６２、８８、１０８蛍光部５０、６８、９０、１１０アルミバック５６ａ〜５６ｉ下部電極部６０ａ〜６０ｃ上部電極部６２ａ蛍光体部６６ブラックマトリクス７０ライトバルブ７２真空管８６レンズ９２バックライト１１２スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関昌彦東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者後沢瑞芳東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者武井達哉東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者萩原啓東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内Ｆターム(参考） 5C036 EE01 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EH06 EH08 5C127 AA01 CC18 CC21 CC22 DD07 DD13 DD40 DD64 EE14 5C135 CC01 CC09 DD07 DD09 HH14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部電極と、金属または半導体からなる
多数の微粒子が充填された、電子放出源としての微粒子
層と、絶縁層と、上部電極とが順次積層された積層構造
を有し、該絶縁層および該上部電極は、該絶縁層および該上部電
極間で連通する多数の孔部を有することを特徴とする電
界放出型電子源。
【請求項２】前記微粒子層は、第１および第２の充填
部で構成され、該第１の充填部は、該上部電極の該孔部より離間した位
置から下方に延出し、下面が該下部電極に接するように
柱状に設けられた前記微粒子の層であり、該第２の充填部は、該第１の充填部の周囲に配置され、
上面が該絶縁層に接するように柱状に設けられた前記微
粒子の層であって、該第２の充填部の微粒子が絶縁材料
で被覆されてなることを特徴とする請求項１記載の電界
放出型電子源。
【請求項３】前記微粒子が５μｍ以下の平均粒径を有
することを特徴とする請求項１または２に記載の電界放
出型電子源。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の電
界放出型電子源を含む陰極基板と、該陰極基板の電子放
出方向に対向して設けられた陽極基板とを有する発光素
子を備えてなることを特徴とする表示装置。
【請求項５】陰極基板と、該陰極基板の電子放出方向
に対向して設けられた陽極基板とを有する発光素子を備
え、該陰極基板は下部電極および上部電極を有し、該下部電極および該上部電極はそれぞれ複数の帯状電極
部で構成され、該下部電極の該複数の帯状電極部および該上部電極の該
複数の帯状電極部を交差させて行列状に配列して複数の
交差部が設けられ、該交差部が、該下部電極および上部電極の間に微粒子層
を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の電界放出
型電子源であり、該陽極基板は、電極と、該交差部に対向する位置に設け
られた複数の蛍光部とを有することを特徴とする表示装
置。
【請求項６】前記複数の蛍光部は、各蛍光部ごとにそ
れぞれ異なる色の蛍光を発生する２以上の種類の蛍光体
が配置されてなることを特徴とする請求項５記載の表示
装置。
【請求項７】請求項１記載の電界放出型電子源の製造
方法であって、下部電極を形成した後、該下部電極上に多数の微粒子を
積層して微粒子層を形成する工程と、該微粒子層上に非
水溶性樹脂の水性乳剤を塗布、乾燥してバッファ層を形
成する工程と、該バッファ層上に絶縁層および上部電極
を順次積層して形成する工程と、焼成して該バッファ層
を揮散させて、該バッファ層が逸出する通路となった該
絶縁層および該上部電極の部位に、連通する孔部を形成
する工程とを有することを特徴とする電界放出型電子源
の製造方法。