JP2004178863A

JP2004178863A - 電子源装置および表示装置

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Publication number: JP2004178863A
Application number: JP2002341299A
Authority: JP
Inventors: Takeo Ito; 武夫伊藤; Shuzo Matsuda; 秀三松田; Masaaki Inamura; 昌晃稲村; Hajime Tanaka; 肇田中; Kazuo Sakai; 和夫坂井
Original assignee: Toshiba Corp; Fuji Pigment Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Fuji Pigment Co Ltd
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24
Also published as: KR100770057B1; EP1566823A1; WO2004049372A1; US20060138664A1; EP1566823A4; CN1714420A; KR20060017740A

Abstract

【課題】電子放出能力が高く、安価で低真空度でも長寿命の電子源装置、および発光効率が高く安価で信頼性の高い表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の電子源装置は、絶縁体から成り垂直方向に配設された多数の微細孔を有する多孔質層（例えば多孔質アルミナ層）と、この多孔質層の両面側に配設された第１および第２の導電体層とを備え、第２の導電体層を陽極として第１の導電体層との間に直流電圧を印加したときの電流密度Ｉ／Ｓが、１μＡ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする。ただし、Ｓは第１の導電体層と第２の導電体層および多孔質層の重なり部分の面積を示す。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子源装置および電子源装置を備えた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、平面型の画像表示装置として、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと示す。）の開発が進められている。このＦＥＤは、所定の隙間をおいて対向配置されたフェースプレートとリアプレートとを有し、フェースプレートの内面には３色の蛍光体層が形成され、リアプレートの内面には、これらの蛍光体を励起する電子を放出する電子放出源が設けられている。
【０００３】
従来、ＦＥＤの電子放出源として、スピント型と称する構造が提案されている。この電子放出源は、Ｍｏから形成された電子放出部の先鋭部に電界を集中させ、蛍光体層との間にかけた電圧により電子放出部から電子を放出させて蛍光体を発光させる構造を有している。この方式により、薄型の平面表示装置が実現される。
【０００４】
しかしながら、前記した電子放出源は非常に精細な構造を有し、均一にかつ簡便に多数形成することが極めて難しかった。したがって、このような電子放出源を用いて大型の平面表示装置を作ることが困難であるとともに、小型画面の平面表示装置であっても製造コストが高くなってしまうという問題があった。また、電子放出源の僅かな形状の相違により電子放出能力に違いが生じるため、安定した画像を得ることが難しかった。
【０００５】
最近、アルミニウム（Ａｌ）の陽極酸化により得られる直径が数ｎｍ〜数１００ｎｍの極めて微細な細孔（ナノホール）内に、カーボンナノチューブ（ＣＮ）を形成して電子放出源とした構造が提案されている（例えば、非特許文献１参照）
【０００６】
【非特許文献１】
Ｄｉｓｐｌａｙｓ２１（２０００）（Ｐ９９−１０４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造の電子放出源においては、ＣＮが高価格であるばかりでなく、管内の真空度が低いと管内ガスがＣＮを汚染するため寿命が短くなるなど、実用化面で多くの問題があった。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、電子放出能力が高く、安価で低真空度でも長寿命の電子源装置、およびそのような電子源装置を備え、発光効率が高く安価で信頼性の高い表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明の電子源装置は、絶縁体から成り垂直方向に配設された多数の微細孔を有する多孔質層と、前記多孔質層の両面側にそれぞれ配設された第１の導電体層および第２の導電体層を備え、前記第２の導電体層を陽極として前記第１の導電体層との間に直流電圧を印加したときの電流密度Ｉ／Ｓが、以下に示す範囲にあることを特徴とする。
【００１０】
１μＡ／ｃｍ^２ ≦ Ｉ／Ｓ
（ただし、Ｉは第１の導電体層と第２の導電体層との間に流れる電流を示し、Ｓは、第１の導電体層と第２の導電体層および多孔質層の三者が重なる部分の面積を示す。）
【００１１】
この電子源装置において、さらに電流密度Ｉ／Ｓが以下に示す範囲にあることができる。
【００１２】
１μＡ／ｃｍ^２ ≦ Ｉ／Ｓ ≦ １００ｍＡ／ｃｍ^２
【００１３】
第２の発明の電子源装置は、絶縁体から成り垂直方向に配設された多数の微細孔を有する多孔質層と、前記多孔質層の両面側にそれぞれ配設された第１の導電体層および第２の導電体層を備え、前記多孔質層の微細孔の少なくとも一方の端部と前記第１の導電体層または第２の導電体層とが、誘電体から成るバリア層により隔てられ、かつ前記第２の導電体層を陽極として前記第１の導電体層との間に直流電圧を印加したときの電流密度Ｉ／Ｓが、以下に示す範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
１μＡ／ｃｍ^２ ≦ Ｉ／Ｓ
（ただし、Ｉは第１の導電体層と第２の導電体層との間に流れる電流を示し、Ｓは、第１の導電体層と第２の導電体層および多孔質層の三者が重なる部分の面積を示す。）
【００１５】
第２の発明の電子源装置において、さらに電流密度Ｉ／Ｓが、以下に示す範囲にあることができる。
【００１６】
１μＡ／ｃｍ^２ ≦ Ｉ／Ｓ ≦ １００ｍＡ／ｃｍ^２
【００１７】
また、第２の発明の電子源装置において、多孔質層の微細孔が、第１の導電体層と第２の導電体層の少なくとも一方の側に開口部を有し、かつ前記微細孔の前記開口部と反対側の端部を閉塞するように形成された誘電体から成るバリア層を有することができる。
【００１８】
第１の発明および第２の発明の電子源装置において、微細孔を有する多孔質層が、多孔質アルミナ層であることができる。そして、この多孔質アルミナ層が、アルミニウムを主成分とする層の陽極酸化により得られた層であることができる。また、多孔質層の微細孔の径を５〜１０００ｎｍとすることができる。また、多孔質層の厚さを０．０５〜５０μｍとすることができる。そして、多孔質層の微細孔内に形成された導体または半導体層を有することができる。
【００１９】
さらに、第２の発明の電子源装置において、バリア層が多孔質層を構成する絶縁体と同種の絶縁体から成る層を有することができる。また、バリア層が、多孔質層を構成する絶縁体と異種の誘電体から成る層を有することができる。そして、バリア層の厚さを５〜５０ｎｍとすることができる。
【００２０】
またさらに、第１の発明および第２の発明の電子源装置において、第１の導電体層と第２の導電体層および多孔質層から選ばれる少なくとも１つの層が、パターン化されていることができる。また、第１の導電体層と第２の導電体層の少なくとも一方が複数の導電体層を有することができる。そして、第１の導電体層と第２の導電体層および前記多孔質層の三者が重なる部分の最小単位の面積を、２５ｍｍ^２以下とすることができる。
【００２１】
本発明の表示装置は、互いに対向して配置された第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板の内面に設けられた蛍光体層と、前記第２の基板の内面側に設けられ、前記蛍光体層を励起する電子を放出する電子源とを備えた表示装置であり、この電子源は前記した電子源装置のいずれか１つであることができる。
【００２２】
第１の発明の電子源装置においては、絶縁体から成る多孔質層の一方の主面に第１の導電体層が、もう一方の主面に第２の導電体層がそれぞれ配設されており、第２の導電体層を陽極として第１の導電体層との間に直流電圧を印加したとき、多孔質層の微細孔内に電界が生じ、第１の導電体層から第２の導電体層に向う方向に電子が移動する。そして、第１の導電体層と第２の導電体層との間を流れる電流の密度Ｉ／Ｓが、１μＡ／ｃｍ^２以上となるとき、多孔質層の微細孔の一部において、電子が第２の導電体層を突き抜け、外部の例えば蛍光体層に向けて放出される。
【００２３】
また第２の発明の電子源装置においては、絶縁体から成る多孔質層の一方の主面に第１の導電体層が、もう一方の主面に第２の導電体層がそれぞれ配設されており、前記した多孔質層の微細孔の少なくとも一方の端部と第１の導電体層または第２の導電体層とが、誘電体から成るバリア層により隔てられているので、第２の導電体層を陽極として第１の導電体層との間に直流電圧を印加したとき、多孔質層の微細孔内に電界が発生し、この電界がバリア層に集中し、電子（トンネル電子）が放出される。電子の移動方向は、第１の導電体層から第２の導電体層に向う方向である。そして、第１の導電体層と第２の導電体層との間を流れる電流の密度Ｉ／Ｓが、１μＡ／ｃｍ^２以上となるとき、多孔質層の微細孔の一部において、トンネル電子が第２の導電体層を突き抜け、外部の蛍光体層に向けて放出される。
【００２４】
こうして、均一で電子の放出能力が高い電子源装置が得られる。また、電子放出部と雰囲気ガスとの直接接触が回避されているので、電子放出部の汚染による劣化がほとんど生じず、長寿命が達成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１乃至図６は、それぞれ本発明の第１乃至第６の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【００２７】
これら第１乃至第６の実施形態の電子源装置は、いずれも、絶縁体から構成され直径がナノメートル（ｎｍ）オーダーの多数の微細孔（ナノホール）１ａを含む多孔質層１を有する。
【００２８】
多数のナノホール１ａは、主面に対してほぼ垂直方向に延設されており、多孔質層１の一方の主面側、例えば上面側に開口部を有するが、下面側に開口部を有しても良い。また、図３に示すように、ナノホール１ａが、上下両面側に開口部を有する透孔（貫通孔）となっていても良い。ここで、ナノホール１ａの径（直径）は、５〜１０００ｎｍとすることが望ましい。ナノホール１ａの径は、大きすぎると電界集中が少なくなるため、電子放出（エミッション）の発生電圧が大きくなり好ましくない。逆にナノホール１ａの径が小さすぎると、孔の形成が難しくなる。
【００２９】
このようなナノホール１ａを有する多孔質絶縁体としては、多孔質アルミナ（酸化アルミニウム）を挙げることができる。例えば、アルミニウムを主成分とする層を陽極酸化することにより、多数のナノホールが微小間隔をおいて規則的に配列された多孔質アルミナ層を得ることができる。多孔質アルミナ層は、陽極酸化以外の方法でも形成することができる。
【００３０】
また、多孔質層１としては、チタン（Ｔｉ）層の陽極酸化により形成された、多数のナノホールを有する酸化チタン層を用いることも可能である。さらに、多孔質層１として、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）などを陽極酸化することにより形成された各金属の酸化物層を挙げることもできる。
【００３１】
多孔質層１の厚さは、０．０５〜５０μｍとすることが望ましく、より好ましくは０．１〜２０μｍとする。
【００３２】
このような多孔質層１の下面に、第１の導電体層２が配設されている。第１の導電体層２を構成する導電体として、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｂａなどの金属やカーボン等を挙げることができる。
【００３３】
また、多孔質層１において、第１の導電体層２が形成された面の反対側の面には、直接あるいは後述するバリア層を介して、ゲート電極となる第２の導電体層３が形成されている。第２の導電体層３を構成する導電体としては、第１の導電体層１を構成する導電体と同様に、カーボン、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｂａなどを挙げることができる。第２の導電体層３の形成は、蒸着、スパッタリング、電界析出など、種々の方法で行うことが可能である。例えば、Ａｕ層の形成は、蒸着、スパッタリングなどの方法で行うことができる。また、Ａｌ層は蒸着法により、Ａｇ層は電界析出法により、それぞれ形成することができる。
【００３４】
多孔質層１のナノホール１ａ内は、空隙部として保持されているが、図４に示すように、導体または半導体から成る層４を形成しても良い。この導体または半導体層４は、ナノホール１ａの開口部で第１の導電体層２または第２の導電体層３と電気的に接し、かつ後述するバリア層までナノホール１ａ内の導通を確保することができるものであれば良く、ナノホール１ａの内壁面の一部または全部に付着・形成されていても、あるいはナノホール１ａ内の一部または全部を埋めるように充填されていても良い。
【００３５】
導体または半導体層４を構成する材料としては、ある程度の導電性を有するものであれば、種類を問わず使用することができる。例えば、カーボン、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｂａなどの導電性材料を使用することができる。また、Ｎｉ酸化物、ＡＴＯ、ＩＴＯなどの半導体材料も使用することができる。これらの導体または半導体層の形成は、例えば、電気化学的方法やＣＶＤ法あるいは蒸着法などにより行うことができる。
【００３６】
多孔質層１のナノホール１ａの開口部と反対側の面には、誘電体から成るバリア層５が設けられている。バリア層５としては、多孔質層１を構成する絶縁体と同じ材料から成る層が用いられる。例えば、アルミニウムの陽極酸化により形成された酸化アルミニウム（アルミナ）層を使用し、ナノホール１ａの底端部と第１の導電体層２または第２の導電体層３とが、ナノホール１ａを有する絶縁体と同じアルミナから成るバリア層５により隔てられるように構成することができる。なお、図３に示すように、上下両面側に開口部を有する透孔（貫通孔）のナノホール１ａを有する構造では、バリア層５がなく、多孔質層１の両面に直接第１および第２の導電体層２，３が形成された構造としても電子の放出が得られる。
【００３７】
また、図５に示すように、多孔質層１のナノホール１ａの開口側の面に、誘電体から成る第２のバリア層５ａが形成されていても良い。さらに、バリア層を２層以上の誘電体層を積層した構造としても良い。例えば、図６に示すように、アルミニウムの陽極酸化により形成されたアルミナ層５の上に、１層あるいは２層以上の別の誘電体からなる第２のバリア層５ａを積層して形成し、多層構造のバリア層６を形成することができる。
【００３８】
ここで、バリア層５あるいは第２のバリア層５ａを構成する誘電体としては、特に種類は限定されないが、誘電率が高く耐電圧特性が良好なものが好ましい。前記したアルミニウムの陽極酸化により形成された酸化アルミニウム（アルミナ）の他に、酸化タンタル、窒化ケイ素、酸化チタン、シリカ等を使用することができる。
【００３９】
そして、このような構造を有する第１乃至第６の実施形態では、第１の導電体層２を陰極（負極）、第２の導電体層３を陽極（正極）として直流電圧を印加することにより電子が放出し、放出された電子による電流Ｉの密度（Ｉ／Ｓ）が、１μＡ／ｃｍ^２以上、好ましくは１００ｍＡ／ｃｍ^２以下となっている。なお、Ｓは、第１の導電体層２と第２の導電体層３および多孔質層１の三者が重なる部分の面積を示す。
【００４０】
電子を放出する機構は、以下に示すように考えられる。すなわち、第１の導電体層２と第２の導電体層３との間に多孔質層１が存在し、この多孔質層１は、空隙部（ナノホール）および誘電体（絶縁体）から成るため、第１の導電体層２と第２の導電体層３との間に直流電圧を印加すると、ナノホール１ａ内に電界が集中し、一方の導電体層からもう一方（正極側）の導電体層に向う電子の流れ（移動）が生じる。このとき流れる電子の一部が、ナノホール１ａ内の電界によって加速され、正極側の導電体層を突き抜けることにより、電子が外部に放出される。
【００４１】
前記した電子の流れによる電流密度（Ｉ／Ｓ）の値は、印加電圧の他に、多孔質層１の厚さ、多孔質層１の有するナノホール１ａの径、ナノホール１ａの含有率、ナノホール１ａ内に導体または半導体層４が存在する場合にはそれらの導電率および充填率、誘電体から成るバリア層５、５ａが存在する場合にはその厚さおよび誘電体の誘電率などを変えることにより制御することができる。
【００４２】
そして、電流密度（Ｉ／Ｓ）の好ましい範囲は、本発明者らが実験を繰り返した結果、得られたものである。すなわち、第１の導電体層２を基準電極とするとともに第２の導電体層３をゲート電極とし、これらの電極間に電圧（正電圧）を印加したとき、多孔質層１のナノホール１ａ内に発生した電界で放出された電子による電流密度（Ｉ／Ｓ）が、１μＡ／ｃｍ^２以上好ましくは１００ｍＡ／ｃｍ^２以下となるように制御した場合に、第１の導電体層２から一部のナノホール１ａを通り第２の導電体層３に向う方向に電子（トンネル電子）の移動が生じ、かつこの電子が第２の導電体層３を突き抜け、外部の例えば蛍光体層に向けて放出されることが確認された。
【００４３】
前記した第１乃至第６の実施形態の電子源装置において、第１の導電体層２と第２の導電体層３との間に印加する電圧（正電圧）を変え、電子放出特性を調べた結果を、図７に示す。
【００４４】
このグラフから、電子源装置の電子放出特性が、第１の導電体層２と第２の導電体層３との間を流れる電流の密度（Ｉ／Ｓ）に依存することがわかる。また、電子源から外部への電子放出が行われるには、電流密度（Ｉ／Ｓ）が１μＡ／ｃｍ^２以上でなければならないことがわかる。そして、電流密度（Ｉ／Ｓ）が１００ｍＡ／ｃｍ^２を超えると、絶縁破壊により電子源が損傷するおそれがあり好ましくない。したがって、このような電子源装置では、１００ｍＡ／ｃｍ^２以下の電流密度（Ｉ／Ｓ）で動作させることが望ましい。
【００４５】
さらに、電子源装置の電子放出量を第１の導電体層２と第２の導電体層３との間に印加する電圧により制御するとき、１００Ｖ以下の低電圧で１μＡ／ｃｍ^２以上の電流密度（Ｉ／Ｓ）が得られることが望ましい。そして、より好ましくは、５０Ｖ以下で１μＡ／ｃｍ^２以上の電流密度（Ｉ／Ｓ）が得られるようにする。
【００４６】
また、この関係は電流密度（Ｉ／Ｓ）に依存していることから、電圧の印加される第１および第２の導電体層２，３と多孔質層１との重なり部分の最小単位の面積を小さくすることにより、両導電体層間に印加する電圧を安定化することができる。前記重なり部分の最小単位の面積は２５ｍｍ^２以下であることが好ましい。
【００４７】
そして、前記した重なり部分の最小単位の面積を小さくするために、第１の導電体層２と第２の導電体層３および多孔質層１から選ばれる少なくとも一つを、所定のパターンに形成することができる。これらのパターンとしては、単純マトリックス型のパターンが挙げられる。例えば、第１の導電体層２と第２の導電体層３とをそれぞれＸ軸およびＹ軸方向に平行なストライプ状に形成し、かつ互いにクロスするように配置することができる。
【００４８】
このように第１の導電体層２および／または第２の導電体層３をパターン化した場合には、電子発生部位の調整ならびに電子発生量の制御が可能であるという利点があり、個々の電子放出源に順次電圧を印加するタイプの表示装置や陰極線管のように、小面積の陰極を使用するタイプの表示装置に好適する。
【００４９】
次に、このような電子源装置を備えたＦＥＤについて、図８に基づいて説明する。
【００５０】
このＦＥＤは、それぞれ矩形状のガラス基板からなるリアプレート７およびフェースプレート８を備え、これらのプレートは所定の間隔をおいて対向配置されている。そして、リアプレート７とフェースプレート８は、それぞれ周端部がガラスからなる矩形枠状の側壁９を介して接合され、真空外囲器を形成している。
【００５１】
フェースプレート８の内面には、蛍光体スクリーン１０が形成されている。蛍光体スクリーン１０は、ストライプ状あるいはドット状に形成された赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３色の蛍光体層と黒色顔料から成る光吸収層が、並べられて構成されている。また、蛍光体スクリーン１０の上には、第３の電極（アノード電極）としてメタルバック層１１が形成されている。なお、蛍光体スクリーン１０とフェースプレート８との間に、例えばＩＴＯからなる対向電極（図示を省略。）を形成し、これをアノード電極とすることができる。
【００５２】
蛍光体スクリーン１０の形成において、光吸収層はフォトリソグラフィなどにより形成することができる。また、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３色の蛍光体層の形成は、ＺｎＳ系、Ｙ_２Ｏ_３系、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ系などの蛍光体液を用いたスラリー法で行うことができる。なお、各色の蛍光体層の形成は、スプレー法や印刷法で行うこともでき、これらの方法においても、必要に応じてフォトリソグラフィによるパターニングを併用することができる。
【００５３】
リアプレート７の内面には、第１の実施形態の電子源装置１２が設けられている。電子源装置１２は、電子源装置外に電子ビーム（矢印で示す。）を放出する第２の導電体層３を内側（蛍光体スクリーン１０側）にして、配設されている。
【００５４】
側壁９は、例えばフリットガラスによりリアプレート７の周縁部とフェースプレート８の周縁部に封着され、これらリアプレート７とフェースプレート８および側壁９から構成された外囲器の内部は、ほぼ真空に保持されている。さらに、リアプレート７とフェースプレート８の間には、これらのプレート間の間隙を維持するため、多数のスペーサ（図示を省略。）が所定の間隔をおいて配置されている。スペーサはそれぞれ板状あるいは柱状に形成されている。
【００５５】
このようなＦＥＤによれば、電子源装置において、基準電極である第１の導電体層２とゲート電極である第２の導電体層３との間の電圧印加により、第２の導電体層３を突きぬけて放出された電子が、蛍光体スクリーン１０側に設けられた第３の電極（メタルバック層１１）に印加された電圧（アノード電圧）により加速され、蛍光体層に衝突する。そして、電子の衝突の結果蛍光体が励起されて発光し、所望の画像が表示される。
【００５６】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。
【００５７】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
【００５８】
実施例
縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍのＡｌ基板をメタノールで洗浄し油分を取り除いた後、２０℃に保持されたリン酸水溶液（リン酸濃度４重量％）の浴に浸漬した。そして、対向電極として第２のＡｌ板を使用し、表１に示すように、印加電圧（陽極酸化電圧）および時間（陽極酸化時間）を変えて陽極酸化を行い、ナノホールを有する多孔質アルミナ層（陽極酸化層）を形成した。（試料Ｎｏ．１〜２３）
【００５９】
また、印加電圧６５Ｖで陽極酸化を行った後、徐々に陽極酸化電圧を下げてバリア層を溶解していくことにより、バリア層の厚さが１０ｎｍ以下でナノホールが実質的に多孔質アルミナ層を貫通している陽極酸化層を形成した（試料Ｎｏ．２４〜２９）。
【００６０】
こうして形成されたナノホールを有する多孔質アルミナ層において、ナノホール形成部の厚さ、およびナノホールの底端部に形成されたアルミナから成るバリア層の厚さをそれぞれ測定した。測定結果を、陽極酸化の条件とともに表１に示す。
【００６１】
【表１】

【００６２】
次いで、陽極酸化層（多孔質アルミナ層）の上にＡｕをスパッタリングすることにより、長さ１０ｍｍ×幅１ｍｍ（面積０．１ｃｍ^２）のＡｕ薄膜（厚さ約４０ｎｍ）のパターンを形成した。
【００６３】
こうして、図９および図１０にそれぞれ示すように、第１の導電層体層である陽極酸化されずに残ったＡｌ板１３と、その上に形成された多数のナノホール１４を有する多孔質アルミナ層１５、および多孔質アルミナ層１５の上に形成された第２の導電層体層であるＡｕ薄膜のパターン１６を有する電子源が得られた。なお、図９に示す電子源では、多孔質アルミナ層１５は、ナノホールが形成された多孔部１５ａと、ナノホール１４の底端部に形成されたアルミナから成るバリア層１５ｂとを有しているが、ナノホール１４が実質的に多孔質アルミナ層１５を貫通している構造（図１０）の電子源では、バリア層１５ｂがなく、多孔質アルミナ層１５が多孔部１５ａのみから構成されている。
【００６４】
次に、図１１に示すように、実施例で得られた電子源を備えた基板（リアプレート）１７と、蛍光体スクリーン１８が形成された基板（フェースプレート）１９とを、第２の導電体層であるＡｕ薄膜のパターン１６と蛍光体スクリーン１８とが向き合うように２ｍｍの間隔（ギャップ）をおいて対向配置し、真空雰囲気に保持した。なお、図中符号２０は第３の電極であるメタルバック層を示す。
【００６５】
なお、蛍光体スクリーン１８は以下の手順で作製した。すなわち、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍのガラス基板上に、格子マトリックス状のグラフファイトを主成分とする光吸収層をフォトリソグラフィにより形成した後、光吸収層の間隙部に、規則正しく配列された赤（Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ）、緑（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）、青（ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ）の蛍光体層を、フォトリソグラフィにより形成した。次いで、蛍光体層上にニトロセルロースからなるフィルムを形成し、その上にアルミニウムを蒸着し、メタルバック層２０を形成した。
【００６６】
また、リアプレート１７とフェースプレート１８との組立ては、以下の手順で行った。まず、電子源の画像有効面外の所望位置に穴をあけ、排気管をフリットガラスにより接合した後、電子源にギャップ制御のためのスペーサであるガラス枠を配置し、その上にフェースプレート１８を配置し、電子源の第２の導電体層であるＡｕ薄膜のパターン１６と蛍光体スクリーン１８とがガラス枠を介して対向するようにした。電子源の個々の電子放出部位が蛍光面画素と対応するように位置合せを行った後、フリットガラスにより接合した。次いで、３００℃で加熱しながら排気管により排気を行い、１×１０^−３〜５×１０^−３Ｐａの真空度になったところで排気管の封止を行った。
【００６７】
こうして得られた表示装置において、第１の導電層体層である陽極酸化されずに残ったＡｌ板１３をカソード電極（基準電極）とし、Ａｕ薄膜パターン１６をアノード電極とし、これらの電極間に１００Ｖ以下の直流電圧（ドライブ電圧：Ｖｄ）を印加するようにした。電極間を流れる電流値を測定した。第３の電極の電圧（アノード電圧：Ｖａ）を５ｋＶとし、ドライブ電圧の値を変え、蛍光面の発光状態を観察することにより電子放出（エミッション）の有無を調べた。そして、電子放出開始電圧と、このとき第１の導電体層と第２の導電体層との間を流れる電流値（Ｉ）、および絶縁破壊電圧をそれぞれ測定した。そして、電流密度（Ｉ／Ｓ）を求めた。なお、Ｓの値は、Ａｕ薄膜パターンの面積に等しく０．１ｃｍ^２である。測定結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】

【００６９】
表２の測定結果から、以下のことが確かめられた。すなわち、第１の導電体層であるＡｌ板と第２の導電体層であるＡｕ薄膜パターンとの間を流れる電流密度（Ｉ／Ｓ）の値が１μＡ／ｃｍ^２〜１００ｍＡ／ｃｍ^２の範囲にある試料Ｎｏ．１〜４，７〜９，１２，１６および試料Ｎｏ．２４〜２８の電子源を備えた表示装置では、いずれも５０Ｖ以下の低い電圧で電子の放出が見られ、良好な発光状態が得られた。また、絶縁破壊電圧が高く、耐電圧性も十分に満足のゆくものであった。
【００７０】
【発明の効果】
以上の記載から明らかなように、本発明によれば、高く均一な電子放出能力を有し、簡便で低真空度でも長寿命の電子源装置を安価に得ることができる。そして、この電子源装置を備えた表示装置では、発光効率が高く安価で信頼性の高い表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子源装置の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の電子源装置の第２の実施形態を示す断面図。
【図３】本発明に係る電子源装置の第３の実施形態を示す断面図。
【図４】本発明の電子源装置の第４の実施形態を示す断面図。
【図５】本発明に係る電子源装置の第５の実施形態を示す断面図。
【図６】本発明の電子源装置の第６の実施形態を示す断面図。
【図７】第１乃至第６の実施形態の電子源装置の電子放出特性を示すグラフ。
【図８】第１の実施形態の電子源装置を備えたＦＥＤの構造を模式的に示す断面図。
【図９】本発明の実施例において、試料１〜２３の電子源の構造を示す断面図。
【図１０】本発明の実施例において、試料２４〜２９の電子源の構造を示す断面図。
【図１１】本発明の実施例において、電子源を備えた表示装置の特性を調べる方法を模式的に示す図。
【符号の説明】
１………多孔質層、１ａ………ナノホール、２………第１の導電体層、３………第２の導電体層、４………導体または半導体層、５………バリア層、５ａ………第２のバリア層、７………リアプレート、８………フェースプレート、１１………蛍光体スクリーン、１１………メタルバック層

Claims

絶縁体から成り垂直方向に配設された多数の微細孔を有する多孔質層と、
前記多孔質層の両面側にそれぞれ配設された第１の導電体層および第２の導電体層を備え、
前記第２の導電体層を陽極として前記第１の導電体層との間に直流電圧を印加したときの電流密度Ｉ／Ｓが、以下に示す範囲にあることを特徴とする電子源装置。
１μＡ／ｃｍ^２ ≦ Ｉ／Ｓ
（ただし、Ｉは第１の導電体層と第２の導電体層との間に流れる電流を示し、Ｓは、第１の導電体層と第２の導電体層および多孔質層の三者が重なる部分の面積を示す。）
前記電流密度Ｉ／Ｓが、以下に示す範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電子源装置。
１μＡ／ｃｍ^２ ≦ Ｉ／Ｓ ≦ １００ｍＡ／ｃｍ^２
絶縁体から成り垂直方向に配設された多数の微細孔を有する多孔質層と、
前記多孔質層の両面側にそれぞれ配設された第１の導電体層および第２の導電体層を備え、
前記多孔質層の微細孔の少なくとも一方の端部と前記第１の導電体層または第２の導電体層とが、誘電体から成るバリア層により隔てられ、
かつ前記第２の導電体層を陽極として前記第１の導電体層との間に直流電圧を印加したときの電流密度Ｉ／Ｓが、以下に示す範囲にあることを特徴とする電子源装置。
１μＡ／ｃｍ^２ ≦ Ｉ／Ｓ
（ただし、Ｉは第１の導電体層と第２の導電体層との間に流れる電流を示し、Ｓは、第１の導電体層と第２の導電体層および多孔質層の三者が重なる部分の面積を示す。）
前記電流密度Ｉ／Ｓが、以下に示す範囲にあることを特徴とする請求項３記載の電子源装置。
１μＡ／ｃｍ^２ ≦ Ｉ／Ｓ ≦ １００ｍＡ／ｃｍ^２
前記多孔質層の微細孔が、前記第１の導電体層と第２の導電体層の少なくとも一方の側に開口部を有し、かつ前記微細孔の前記開口部と反対側の端部を閉塞するように形成された誘電体から成るバリア層を有することを特徴とする請求項３または４記載の電子源装置。
前記微細孔を有する多孔質層が、多孔質アルミナ層であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記多孔質アルミナ層が、アルミニウムを主成分とする層の陽極酸化により得られた層であることを特徴とする請求項６記載の電子源装置。
前記多孔質層の微細孔の径が、５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記多孔質層の厚さが、０．０５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記多孔質層の微細孔内に形成された導体または半導体層を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記バリア層が、前記多孔質層を構成する絶縁体と同種の絶縁体から成る層を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記バリア層が、前記多孔質層を構成する絶縁体と異種の誘電体から成る層を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記バリア層の厚さが５〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記第１の導電体層と前記第２の導電体層および前記多孔質層から選ばれる少なくとも１つの層が、パターン化されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記第１の導電体層と前記第２の導電体層の少なくとも一方が複数の導電体層を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子源装置。
前記第１の導電体層と前記第２の導電体層および前記多孔質層の三者が重なる部分の最小単位の面積が、２５ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１４記載の電子源装置。
互いに対向して配置された第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板の内面に設けられた蛍光体層と、前記第２の基板の内面側に設けられ、前記蛍光体層を励起する電子を放出する電子源とを備えた表示装置であり、
前記電子源は、請求項１乃至１６のいずれか１項記載の電子源装置であることを特徴とする表示装置。