JP2009277457A - 電子放出素子及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた収束性を有し、短期、長期間の放出電流変化の少ない電子放出素子を提供する。
【解決手段】一対の素子電極２，３間をつなぐ導電性膜４を複数に分割し、各導電性膜４の間隙５を挟んで、導電性膜４に隣接する絶縁性基板１表面に遮蔽部６を形成し、動で異性膜４の間隙５の電子放出部から放出された電子のうち、Ｙ方向に放出される電子をカットオフする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子放出素子と、該素子を複数備えてなる画像表示装置に関する。

表面伝導型電子放出素子は、絶縁性の基板上に形成された導電性膜に、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。

特許文献１には、該表面伝導型電子放出素子において、導電性膜を複数に分割することにより、各導電性膜の抵抗を高くし、放電が発生する際の異常な大電流を制限した構成が開示されている。

特開２００２−３５２６９９号公報

しかしながら、近年の画像表示装置においては、より高精細な画像を長期間にわたって安定に表示できる性能が求められている。そのために、電子放出素子を応用したディスプレイにおいては、高い収束性と長期にわたる安定性に優れた電子放出素子が望まれている。また、表示画素と電子放出素子が一対一に対応する画像表示装置においては各電子放出素子の電流変動が画素間の明るさのばらつきとなるため、より均一かつ安定な電子放出素子が必要である。

本発明は、新たな電極の付加を必要とせず、優れた収束性を有し、短期、長期間の放出電流変化の少ない電子放出素子及び該素子を用いた画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１は、少なくとも、絶縁性基板の上に形成された一対の素子電極と、該素子電極間をつなぐように形成され、素子電極間の領域に間隙を有する複数の導電性膜とを備えた電子放出素子であって、
少なくとも上記導電性膜の間隙に隣接する、導電性膜に覆われていない領域の表面が、導電性膜表面よりも高いことを特徴とする。

本発明の電子放出素子においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記導電性膜の間隙に隣接する、導電性膜に覆われていない領域に凸状の遮蔽部が形成されている。
前記遮蔽部が絶縁性材料からなる。
前記絶縁性材料が、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウムのいずれかである。
前記導電性膜が、素子電極間において絶縁性基板に形成された複数の凹部の底面にそれぞれ配置されている。
前記凹部底面がシリコン酸化物もしくはシリコン酸化物を主成分とする絶縁性材料からなる。
前記凹部の側面が、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウムのいずれかからなる。

また本発明の第２は、電子放出素子が複数配置された第１の基板と、該電子放出素子と対向して該電子放出素子から放出された電子が照射される画像表示部材が配置された第２の基板とを対向配置させてなることを特徴とする。

本発明の電子放出素子においては、導電性膜が複数に分割されているため、各電子放出部に接続される抵抗成分が増大して放出電流の時間変動が抑制される。また、各電子放出部の近傍に遮蔽部或いは凹部の側面が配置することで、ビームの広がりの原因となる電子をカットオフし、電子ビームの微細化が可能となる。よって、本発明の画像表示においては、高画質の画像を長期間安定して表示することが可能となる。

本発明の電子放出素子は、電界放出型素子、ＭＩＭ型素子、表面伝導型電子放出素子などを包含しており、特に横型の電界放出型素子や表面伝導型電子放出素子のような放出される電子の射出方向に分布を持つ素子に特に有効である。

以下に、本発明の電子放出素子の実施形態について、表面伝導型電子放出素子を例に挙げ、図面を用いて詳述する。

本発明の電子放出素子の構成上の特徴は、導電性膜が複数に分割されていること、及び、該導電性膜に形成された間隙に隣接する、導電性膜で覆われていない領域の表面が、該導電性膜表面よりも高いことにある。後者においては、具体的には、係る導電性膜で覆われていない領域に凸状の遮蔽部を形成する形態１と、導電性膜を形成する領域に予め凹部を形成する形態２とが挙げられる。

本発明の電子放出素子の基本的な構成例について図１及び図２を用いて説明する。図１は上記形態１の素子、図２は上記形態２の素子の構成例である。各図において、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面模式図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面模式図、（ｄ）は係る素子を（ａ）のＢ−Ｂ’において切断した場合の斜視図である。

本素子の基本構成は、ガラス等の絶縁性基板１上に形成された相対向する一対の素子電極２，３と、素子電極２，３それぞれに電気的に接続された導電性膜４からなる。導電性膜４は一対の素子電極２，３に対して複数平行に配置され、各々素子電極２，３に接続されているが、それぞれの導電性膜同士が直接接触することのないように間隔を持って配置されている。また、各導電性膜４にはそれぞれ微小な間隙５が形成されており、該間隙５の中に電子放出部を備えている。

図１の素子では、素子電極２と３との間において、複数に分割配置された導電性膜４の間隙５に隣接する、導電性膜４で被われていない領域、即ち絶縁性基板１表面に、凸状の遮蔽部６が配置されている。この遮蔽部６は導電性膜４よりも厚く形成され、その上面が導電性膜４、即ち間隙５よりも高い位置になるように構成されている。

図２の素子では、素子電極２と３の間において、複数に分割された導電性膜４は、それぞれ素子電極間において基板に形成された複数の凹部の底面にそれぞれ配置されている。尚、本素子においては、絶縁性基板１の表面に基板コート層７を設けて基板とし、凹部は該基板コート層７を部分的に穿ち、絶縁性基板１の表面を露出させて、該絶縁性基板１表面に導電性膜４を形成している。従って、導電性膜４に設けた間隙５に隣接して凹部の側面が配置され、間隙５に隣接する、導電性膜４で被われていない領域、即ち基板コート層７の表面は導電性膜４の表面よりも高い位置になるように構成されている。

絶縁性基板１は電極２，３、導電性膜４等を形成する基板となるためガラス等の電気的に絶縁されて材料が望ましく、画像表示装置等への応用を考えるとガラスが好適である。また、後述するように、本発明が適用される表面伝導型電子放出素子では電子放出部を形成する過程で活性化と呼ばれる通電工程を経るため、活性化において好適な材料としてシリコン酸化物を多く含有するガラスが望ましい。

また、一対の相対向する素子電極２，３は導電性材料であればどのような材料も適用可能であるがより抵抗値の低い材料が望ましい。特に、画像表示装置等への応用を想定した場合には熱工程に耐えうる、耐熱性の高い材料が好ましく、具体的にはＮｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ等が挙げられる。

導電性膜４の材料としては、金属や半導体などの導電性材料を用いることができる。一例として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或いはその合金、及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或いはその酸化物が挙げられる。

遮蔽部６は金属あるいは金属の酸化物、窒化物等の化合物等、導電性、絶縁性を問わず応用可能である。但し、導電性材料で形成する場合には素子電極２，３の少なくとも一方とは電気的に絶縁状態とする必要がある。好ましくは、後述するように、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウムのいずれかの絶縁性材料が用いられる。

図２の素子においては、絶縁性基板１上に基板コート層７が形成されているが、後述するように、該基板コート層７を酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウムのいずれかの絶縁性材料で形成することが好ましい。尚、間隙５には活性化工程でカーボンを堆積しやすくするため、絶縁性基板１をシリコン酸化物を多く含有するガラスで構成し、導電性膜４を配置させる凹部は該絶縁性基板１の表面が露出する深さまで形成することが望ましい。

次に、間隙５の隣接する領域の表面を導電性膜４よりも高く構成したことによる機能について図３を用いて説明する。

図３は、図１の素子のＹ方向の部分断面模式図であり、両脇に遮蔽部６が配置された１本の導電性膜４の間隙５から放出される電子の軌道を模式的に示したものである。

本素子は導電性膜４に電圧印加することで該導電性膜４に形成した微小な間隙５から電子放出を生じさせるもので、放出電子の持つ初速度はほぼ外部から印加した電圧で決まり、ほとんどエネルギーロスすることなく真空中に電子放出する。間隙５の中には電子が放出される電子放出部が多数存在しているため、１本の導電性膜４の中には多数の電子放出部が並列に並んでいる。そこから放出される電子の方向は素子電極２，３の電圧印加方向、即ち通電方向に平行（Ｘ方向）に放出される電子が大多数を占めているが、一部には通電方向に対して垂直方向の成分（Ｙ方向）を持った電子もまた放出されていることが確かめられている。これらが放出部近傍の電界によって加速され脱出することによって電子線の広がりを生じることになる。

一方、間隙５近傍に遮蔽部６を配置すると、電子放出部から放出された電子のうちの通電方向に対して垂直方向、即ちＹ方向の初速度を持った電子は、遮蔽部６に衝突するため上方（Ｚ方向）に向かって脱出できなくなる。これにより、Ｙ方向の広がりの原因となる速度線分を持った電子がカットオフされることで、初速度の方向が揃った電子のみを取り出すことが可能となる。

尚、既に述べたように、放出される電子の方向は通電方向に対して平行、垂直ばかりではなく様々な成分を持ったものが含まれている。しかしながら、垂直方向成分は概ね等速運動であるため電子放出部近傍に遮蔽部６のような電子の飛翔を遮る壁構造を配置することで広がりの原因となる電子の除去が可能になる。

また上述したように、Ｙ方向成分を持った電子はおおむね等速運動するため、遮蔽部６と電子放出部との距離が遠くなるに従って遮蔽部６の位置まで到達した時の電子のＺ方向の位置、言い換えれば電子放出部からの高さが高くなる。従って、電子放出部から遮蔽部６までの距離によってカットオフに必要な遮蔽部６の高さが規定されることになる。

図４に示すように、電子放出部９からＹ方向の距離ｙとその時の電子の基板１表面からの高さＨは、

Ｖｆ：素子駆動電圧
ｈ：基板１表面からアノード電極８までの距離
Φ：電子放出部表面の仕事関数
Ｖａ：アノード電極８に印加する電圧
なる関係式で表されることを見出した。

従って、Ｖｆ＝２０Ｖ、Φ＝５ｅＶ、ｈ＝２ｍｍ、Ｖａ＝１０ｋＶ、電子放出部から０．０１ｍｍの位置に遮蔽部６を配置したとすると、その位置での電子の基板表面からの高さＨはほぼ０．０１ｍｍとなる。そのため、電子線の広がりを抑制するために必要とされる遮蔽部６の高さＨは０．０１ｍｍ以上となる。

一方、上式からもわかるように距離ｙが小さくなるほどＹ方向に広がる電子線をカットオフするのに必要な遮蔽部６の高さＨも低くなる。従って、一つの素子内に形成される導電性膜４を複数に分割配置し、それぞれの導電性膜４を挟むように遮蔽部６を配置することが有効な手段である。

係る作用は図２の素子においても同様であり、図１の遮蔽部６に相当する機能を凹部の側面（図２においては基板コート層７）が発現する。

次に、本発明における活性化処理について詳述する。

活性化処理とは、真空装置内に炭素含有ガスを導入し、炭素含有ガスを含む雰囲気下で、素子電極２，３間に電圧を印加し、雰囲気中に存在する炭素含有ガスから炭素を含む膜（カーボン膜）を導電性膜４及び間隙５上に堆積させる工程をさす。

上記炭素含有ガスとしては有機物質ガスを用いることができる。有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることができる。具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣ_nＨ_2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣ_nＨ_2n等の組成式で表される不飽和炭化水素が挙げられる。また、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。

また、前述した炭素含有ガスは、真空装置内を一度１０^-6Ｐａ台の圧力に減圧した後に、真空装置内に導入する事が好ましい。この時の好ましい炭素含有ガスの分圧は、電子放出素子の形態、真空容器の形状や、用いる炭素含有ガスの種類などにより異なるため、適宜設定される。

素子電極２，３間に所望の電圧を印加すると、間隙５に強電界が発生し、導電性膜４を介して間隙５で電子放出が始まる。放出された電子は対向する導電性膜４に照射され、雰囲気中及び対向した導電性膜４表面に吸着した炭素含有ガスを分解して炭素を含む膜（カーボン膜）を堆積する。

炭素を含む膜（カーボン膜）の堆積が始まると、間隙５にはさらに強電界が発生し、より多くの電子が放出されて炭素含有膜が横方向（通電方向に対して垂直方向）に成長を続け、電子放出する領域を拡大する。

上記炭素を含む膜（カーボン膜）はグラファイト状炭素であることが好ましい。本発明におけるグラファイト状炭素とは以下のものを包含する。
完全なグラファイトの結晶構造を有するもの（いわゆるＨＯＰＧ）
結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの（ＰＧ）
結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったもの（ＧＣ）
非晶質カーボン（アモルファスカーボン及び／又はアモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物を指す）

即ち、グラファイト粒子間の粒界などの層の乱れが存在していても好ましく用いることができる。

一方、本発明者らが検討を行った結果、上記活性化にはシリコン酸化物の関与が望ましい。例えばＳｉＯ₂を含まないアルミナを基板に使用したり、或いはガラス基板上にアルミナの薄膜をコーティングした基板を使用した場合には、炭素含有ガス中で電圧印加を行っても炭素含有膜を堆積、成長が生じないことがわかっている。

従って、図１に示した遮蔽部６、或いは図２に示した凹部を加工する基板コート層７の材料を、シリコン酸化物を含有しない材料とする。具体的には、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム等の材料とすることで上記活性化の横方向進行を抑制して所望の場所のみに電子放出部を形成することも可能である。

これは、導電性膜４を細分化して配置した時にはより効果的であり、上記異種材料（活性化を阻害する材料）による遮蔽部６や凹部の側面を導電性膜４に隣接させることで横方向の炭素膜成長を抑えることが可能となるためである。電子放出部形成が細分化した導電性膜４の幅の中に自動的に規定できるため複数の素子にわたる特性の均一化が容易に達成できる。

図１の遮蔽部６の形成方法は通常用いられる手段が応用できる。一例としては基板１上に素子電極２，３を形成した後に前記金属の酸化物、窒化物等の膜を形成し、エッチング等の手法でパターニングする方法が挙げられる。

また、図２の形態では、基板の所望の位置にエッチングにより凹部を形成し、凹部の中に導電性膜４を素子電極２，３に接続するように配置すればよい。

この時、基板コート層７としてシリコン酸化物を含有しない材料の附設を行った場合には、少なくとも凹部底面がシリコン酸化物を含有する層、例えば絶縁性基板１に使用するガラス基板表面が露出する深さまで加工する。或いは、加工した凹部底面にシリコン酸化物を含有する材料の部材を配置する等の配慮が必要である。

次に、複数に分割配置した導電性膜４について述べる。

本発明では、一つの単位電子放出素子を構成する導電性膜４を複数に分割配置することを特徴としており、１本の導電性膜４の中には上述した活性化工程によって形成されて複数の電子放出部が存在する。これらの電子放出部は素子電極２，３に印加された一定の電圧によって駆動されるが、強電界を用いた電子放出素子という性格上、真空度や真空雰囲気の変化及びそれらに起因するガス分子の吸着、脱離によって電流の変動を生じることがある。

そこで、本発明では導電性膜４を複数に分割することで各々の導電性膜４の抵抗値を高め、１本の導電性膜４に流れる電流が変動した場合、即ち放出電流が増減した場合に間隙に発生する強電界の変動を抑制する作用を持たせたものである。

また、導電性膜４を分割したことで、１本の導電性膜４に対応した電子放出部での電流増加が生じた場合には電流増加に伴う当該導電性膜４の抵抗による電圧降下が発生し、電流増加を抑制する方向に間隙５の電界低下が起こり電流上昇を抑制することができる。

一つの電子放出素子で生じる電流変動が、当該素子が持っている電子放出部の一部分で発生する場合、その電流変動によって生じる実効電圧の変動は、電流変動を生じた電子放出部に直結した１本の分割導電性膜４の抵抗によって規定される。

一方、分割されていない導電性膜４では、同じ電流変動によって生じる実効電圧の変動が導電性膜４全体の抵抗値で規定されるために電圧の変動幅が小さく、電流変動を抑制する効果もまた小さくなってしまう。

このように、同じ材料で一定の膜厚を持った導電性膜４を電子放出素子に使用する場合には、導電性膜４の占有面積が同じならば一体物として配置するよりも複数分割した細線として配置するほうが電流変動抑制効果は大きいことを意味している。

次に、複数に分割された導電性膜４の形成方法について述べる。

絶縁性基板１上に設けられた素子電極２，３間を接続するように複数の導電性膜４を形成する。導電性膜４の製造方法としては、例えば、有機金属溶液を塗布して乾燥することにより、有機金属膜を形成した後に、有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングする方法を採用とすることができる。

導電性膜４の材料としては、金属や半導体などの導電性材料を用いることができる。例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物、及び該金属または金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いることができる。また、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透明導電体、ポリシリコン等の半導体等も用いることができる。

尚、有機金属溶液とは、前記導電性膜材料のＰｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法、インクジェット法等によって形成することもできる。

分割配置する手段としては、通常のリソグラフィー技術を用いることができ、連続膜として上記手法で形成後にエッチング等で分割する、或いはマスク蒸着で形成する等適宜選択することが可能である。

分割された導電性膜４の幅及びその間隔は５０ｎｍ乃至５０μｍまで、用途に応じて適宜選択することができる。

また、本発明による電子放出素子をＳＥＤ（表面伝導型電子放出ディスプレイ）やＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電子源部分に適用することで、より高精細で均一性、安定性の高い画像表示装置の実現も可能となる。

以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述する。

（実施例１）
図１に示す構成の電子放出素子を、図５に示す工程で製造した。尚、図５は図１（ｄ）に対応する斜視図である。

〈工程−ａ〉
最初に、清浄化した石英からなる絶縁性基板１上に、素子電極２，３のパターンに対応してホトレジストを形成した。次いで、電子ビーム蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉと厚さ４５ｎｍのＰｔを順次堆積した。ホトレジストを有機溶剤で溶解し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフして、２０μｍの間隔Ｌを隔てて対向する電極２と電極３を形成した。尚、電極２，３の幅Ｗ（図１参照）は５００μｍとした〔図５（ａ）〕。

〈工程−ｂ〉
電極２と電極３とを繋ぐように有機パラジウム化合物溶液をスピンナーにより回転塗布した後に、加熱焼成処理をした。こうしてＰｄを主元素として含む導電性膜４の一様膜を形成した。

〈工程−ｃ〉
続いて、導電性膜上に分割形状のマスクパターンを形成した後、アルゴンミリングによって分割された導電性膜４をパターニングした。導電性膜４の幅ｗ及び隣接する導電性膜４間のスペースはそれぞれ５μｍで５０分割された導電性膜４とした〔図５（ｂ）〕。

〈工程−ｄ〉
次に、〈工程−ｃ〉のマスクパターンを残したまま、電極２，３上をマスキングして基板全面に２μｍのＳｉＮ膜を蒸着したのち上記マスクパターンを除去して分割導電性膜４に隣接する基板１上に高さ１０μｍの遮蔽部６を形成した〔図５（ｃ）〕。

〈工程−ｅ〉
次に、上記基板１を図６に示す測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排気し、１×１０^-6Ｐａの真空度に達した後、電源１１を用いて電極２，３間に電圧Ｖｆを印加し、フォーミング処理を行い、導電性膜４に間隙５を形成した。フォーミング処理における電圧波形は図７（ｂ）に示したものを用いた。

図７中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、本例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１６．７ｍｓｅｃとし、三角波の波高値は０．１Ｖステップで昇圧させることで、フォーミング処理を行った。また、フォーミング処理中は、間欠的に、０．１Ｖの電圧の抵抗測定パルスを素子電極２，３間に印加し、抵抗を測定した。尚、フォーミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になった時とした。

（工程−ｆ）
続いて、活性化工程を行うために、スローリークバルブを通して真空装置内にベンゾニトリルを導入し、１．３×１０^-4Ｐａを維持した。次に、図８（ａ）に示した波形のパルス電圧を、Ｔ１が２ｍｓｅｃ、Ｔ２が７ｍｓｅｃの条件で、素子電極２，３間に印加した。尚、「活性化」処理においては、電極２は常にグランド電位に固定して、図８（ａ）に示した波形のパルス電圧を電極３に印加した。活性化処理を開始後１００分経過した後、素子電流が飽和したことを確認後、電圧の印加を停止し、スローリークバルブを閉め、「活性化」処理を終了した。

こうして得られた電子放出素子に波高値２０Ｖ、パルス幅１ミリ秒、周波数６０Ｈｚの矩形パルス電圧を印加して駆動した。そして、素子基板表面から上方２ｍｍの位置に設置した蛍光体を塗布したガラスアノード基板１０に、外部から１０ｋＶの直流電圧を印加して電子放出素子の電気的測定と蛍光体上での発光観察を行った。

その結果、素子鉛直上方２ｍｍ位置における蛍光体上の発光パターンはほぼ楕円形であり、その長手方向の大きさ（通電方向に対して直交方向の長さ）はおおよそ７００μｍとなっていた。また、上記条件下でアノード基板に流れた電流値はほぼ１５μＡで安定しており、１００時間連続駆動中の放出電流変動（電流の標準偏差／電流の平均値）は０．６５％であった。

（比較例１）
実施例１に示した電子放出素子の遮蔽部６の効果を確認するために、遮蔽部６を形成しない以外は実施例１と同様の素子を作製し、その差異を確認した。本例の素子は実施例１の〈工程−ａ〉乃至〈工程−ｃ〉及び〈工程−ｅ〉乃至〈工程−ｆ〉は同一として、〈工程−ｄ〉のＳｉＮ蒸着のみを省略して遮蔽部６を持たない素子構成とした。

その結果、実施例１同様に素子鉛直上方２ｍｍ位置に設置した蛍光体上の発光パターンは、実施例１よりも長楕円であり、長手方向のエッジが延長されたやや三日月形に近い形状であった。また、その長手方向の大きさ（通電方向に対して直交方向の長さ）はおおよそ８２０μｍに拡大されていた。また、実施例１と同一条件下で測定した放出電流の値はほぼ１９μＡであり、その１００時間連続駆動中の放出電流変動（電流の標準偏差／電流の平均値）は０．６５％となり実施例１と同等であった。

以上の比較より、遮蔽部６は放出される電子線の一部をカットオフすることによってビームの広がりを抑制していることが確認された。

（実施例２）
図２に示す構成の電子放出素子を、図９に示す工程で作製した。尚、図９は図２（ｄ）に対応する斜視図である。

〈工程−ａ〉
最初に、清浄化した石英からなる絶縁性基板１上に、後に凹部の壁構造を形成する部材となる酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる基板コート層７を基板１全面に１０μｍの厚さで形成した。次に、素子電極２，３のパターンに対応するホトレジストを形成後、電子ビーム蒸着法により厚さ５ｎｍのＴｉと厚さ４５ｎｍのＰｔを順次堆積した。ホトレジストを有機溶剤で溶解し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフして、２０μｍの間隔Ｌを隔てて対向する電極２と電極３を形成した。尚、電極２，３の幅Ｗ（図２参照）は５００μｍとした〔図９（ａ）〕。

〈工程−ｂ〉
電極２と電極３の間を跨ぐように導電性膜４を形成するための凹部２０に対応したレジストパターン形成後、凹部２０底面が絶縁性基板１表面に達する深さまで基板コート層７をエッチング除去した。この時、一つの凹部２０の幅（＝導電性膜４の幅）ｗを５μｍ、凹部間のスペースも５μｍとして５０箇所の凹部２０を形成した〔図９（ｂ）〕。

〈工程−ｃ〉
続いて、〈工程−ｂ〉で形成した凹部２０に対応した分割形状のマスクパターンをクロム薄膜で形成した後、有機パラジウム化合物溶液をスピンナーにより回転塗布し、加熱焼成処理をした。こうしてＰｄを主元素として含む導電性膜４の一様膜を形成した。その後、マスクパターンとしたクロム薄膜をエッチング除去して凹部２０内部と一部のプラチナ電極上に導電性膜４を形成した〔図９（ｃ）〕。

〈工程−ｄ〉
次に、上記基板１を図６に示す測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排気し、１×１０^-6Ｐａの真空度に達した後、電源１１を用いて素子電極２，３間に電圧Ｖｆを印加し、フォーミング処理を行い、導電性膜４に間隙５を形成した。フォーミング処理における電圧波形は図７（ｂ）に示したものを用いた。

図７中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１６．７ｍｓｅｃとし、三角波の波高値は０．１Ｖステップで昇圧させることで、フォーミング処理を行った。また、フォーミング処理中は、間欠的に、０．１Ｖの電圧の抵抗測定パルスを素子電極２，３間に印加して抵抗を測定した。尚、フォーミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になった時とした。

〈工程−ｅ〉
続いて、活性化工程を行うために、スローリークバルブを通して真空装置内にベンゾニトリルを導入し、１．３×１０^-4Ｐａを維持した。次に、図８（ａ）に示した波形のパルス電圧を、Ｔ１が２ｍｓｅｃ、Ｔ２が７ｍｓｅｃの条件で、素子電極２，３間に印加した。尚、「活性化」処理においては、電極２は常にグランド電位に固定して、図８（ａ）に示した波形のパルス電圧を電極３に印加した。

活性化処理を開始後１００分経過した後、素子電流が飽和したことを確認後、電圧の印加を停止し、スローリークバルブを閉め、「活性化」処理を終了した。

こうして得られた電子放出素子に波高値２０Ｖ、パルス幅１ミリ秒、周波数６０Ｈｚの矩形パルス電圧を印加して駆動した。そして、素子基板表面から上方２ｍｍの位置に設置した蛍光体を塗布したガラスアノード基板１０に、外部から１０ｋＶの直流電圧を印加して電子放出素子の電気的測定と蛍光体上での発光観察を行った。

その結果、素子鉛直上方２ｍｍ位置における蛍光体上の発光パターンは実施例１の結果と同様にほぼ楕円形であり、その長手方向の大きさ（通電方向に対して直交方向の長さ）はおおよそ７００μｍとなっていた。また、上記条件下でアノード基板に流れた電流値はほぼ１５μＡで安定しており、１００時間連続駆動中の放出電流変動（電流の標準偏差／電流の平均値）は０．６５％であった。

（実施例３）
導電性膜４をさらに細分化する以外は実施例１と同様にして図１の構成の電子放出素子を作製した。

基本的な作製方法は実施例１と同様であるが導電性膜４の幅ｗと、隣接する導電性膜４間のスペースを各々１μｍ、遮蔽部６の高さを２μｍとしたため、Ｗ＝５００μｍの素子電極２，３の中に２５０本の導電性膜４を配置した。

その結果、素子鉛直上方２ｍｍ位置における蛍光体上の発光パターンは実施例１、２で作製した素子よりもさらに微小且つ円形に近い形となり、その発光点のサイズは通電方向に対して直交方向の長さでおよそ６５０μｍとさらに収束性が向上する結果となった。

（実施例４）
本例では、上述した実施例１で作製した電子放出素子と同様の製造方法によって、電子放出素子を同一基板上にマトリクス状に複数配置して作り込み、電子源基板を形成した。さらに、この電子源基板に画像表示部材を備えた第２の基板を対向配置させて画像表示装置を作製した。図１０は本例の画像表示装置の表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。尚、図１０においては、便宜上、遮蔽部６を省略し、素子構成も模式的に示す。また、電子源基板の製造工程を図１１−ａ乃至図１１−ｅに示す。

〈電極作製工程〉
ガラス基板１上にＳｉＯ₂膜を成膜した。さらに素子電極２，３を基板１上に多数組形成した（図１１−ａ）。具体的には、ＴｉとＰｔとの積層膜を４０ｎｍの厚みで基板１上に成膜した後、フォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。本例では電極２と電極３との間隔Ｌを１０μｍとし、幅Ｗを１００μｍとした。

〈Ｙ方向配線形成工程〉
次に、図１１−ｂに示すように、銀を主成分とするＹ方向配線３２を、電極３に接続するように形成した。このＹ方向配線３２は変調信号が印加される配線として機能する。

〈絶縁層形成工程〉
次に図１１−ｃに示すように、次の工程で作成するＸ方向配線３３と前述のＹ方向配線３２を絶縁するために、酸化シリコンからなる絶縁層５１を配置した。後述するＸ方向配線３３の下であって、且つ、先に形成したＹ方向配線３２を覆うように、絶縁層５１を配置する。Ｘ方向配線３３と電極２との電気的接続が可能なように、絶縁層５１の一部にコンタクトホールを開けて形成した。

〈Ｙ方向配線形成工程〉
図１１−ｄに示すように、銀を主成分とするＸ方向配線３３を、先に形成した絶縁層５１の上に形成した。Ｘ方向配線３３は絶縁層５１を挟んでＹ方向配線３２と交差しており、絶縁層５１のコンタクトホール部分で電極２に接続される。このＸ方向配線３３は走査信号が印加される配線として機能する。このようにしてマトリクス配線を有する電子源基板が形成された。

〈導電性膜形成工程〉
上記マトリクス配線が形成された基板１上の素子電極２，３間にインクジェット法により、導電性膜４を形成した（図１１−ｅ）。本例では、インクジェット法に用いるインクとして、有機パラジウム錯体溶液を用いた。この有機パラジウム錯体溶液を、素子電極２，３間に付与し、その後、この基板１を空気中にて加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）からなる導電性膜４とした。

〈導電性膜パターニング工程〉
実施例１と同様にして、フォトリソグラフィー技術を用いて上記導電性膜４を素子電極２，３の対向方向に直交する方向に分割パターニングした。パターニング後の導電性膜４の幅及び隣接する導電性膜４間のスペースは各々１μｍとした。

〈遮蔽部形成工程〉
導電性膜４のパターニング後にＳｉＮの蒸着、マスクパターン除去によって導電性膜４に隣接する領域にＳｉＮからなる遮蔽部６を形成した。遮蔽部６の高さは実施例２で良好な結果が得られた２μｍとした。

〈フォーミング工程、活性化工程〉
次に、上述した工程によって素子電極２，３と、該素子電極２，３間を接続する複数の導電性膜４とで構成されたユニットが多数形成された基板１を、真空容器の中に配置した。そして、真空容器内を排気した後、「フォーミング」処理と「活性化処理」とを行った。「フォーミング」処理と「活性化処理」において、各ユニットに印加する電圧の波形などは、実施例１の電子放出素子の作製方法で示したとおりである。

尚、「フォーミング」処理は、複数のＸ方向配線３３の中から１本ずつ順次選択したＸ方向配線３３に１パルスずつ印加する方法で行った。つまり、「複数のＸ方向配線３３の中から選択した１本のＸ方向配線３３に１パルス印加した後に、別の１本のＸ方向配線３３を選択して１パルス印加する」という工程を繰り返した。

以上の工程で、多数の電子放出素子が配置された基板（第１の基板、リアプレート）１を作製することができた。

次いで、図１０に示したように、上記基板１の２ｍｍ上方に、ガラス基板４３の内面に蛍光体膜４４とメタルバック４５とが積層されたフェースプレート（第２の基板）４６を、支持枠４２を介して配置した。

尚、本例では基板１に支持枠４２をとりつけたが、図１０に示すように基板１にさらに新たな基板３１を補強部材として用い、該基板３１に支持枠４２を取り付けてもよい。そして、フェースプレート４６、支持枠４２、基板１の接合部を、低融点金属であるインジウム（Ｉｎ）を加熱し冷却することによって封着した。また、この封着工程は、真空チャンバー中で行ったため、排気管を用いずに、封着と封止を同時に行った。

本例では、電子放出素子から放出された電子が照射される画像表示部材であるところの蛍光体膜４４は、カラーを実現するために、ストライプ形状の蛍光体とした。ガラス基板４３上に先にブラックストライプ（不図示）を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体（不図示）を塗布して蛍光体膜４４を作製した。ブラックストライプの材料としては、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

また、蛍光体膜４４の内面側（電子放出素子側）にはアルミニウムからなるメタルバック４５を設けた。メタルバック４５は、蛍光体膜４４の内面側に、Ａｌを真空蒸着することで作製した。

本発明の電子放出素子の一実施形態の模式図である。 本発明の電子放出素子の他の実施形態の模式図である。 本発明に係る遮蔽部の機能を説明するための部分的模式図である。 本発明に係る遮蔽部の高さと電子線の広がりの関係を示す部分的模式図である。 図１の電子放出素子の製造工程を示す斜視図である。 本発明の電子放出素子の評価装置の概略図である。 フォーミング工程における印加パルス電圧の一例を示す模式図である。 活性化工程における印加パルス電圧の一例を示す模式図である。 図２の電子放出素子の製造工程を示す斜視図である。 本発明の画像表示装置の一例の表示パネルの概略図である。 本発明の実施例における電子源の製造工程を示す平面模式図である。 本発明の実施例における電子源の製造工程を示す平面模式図である。 本発明の実施例における電子源の製造工程を示す平面模式図である。 本発明の実施例における電子源の製造工程を示す平面模式図である。 本発明の実施例における電子源の製造工程を示す平面模式図である。

符号の説明

１ 絶縁性基板
２，３ 素子電極
４ 導電性膜
５ 間隙
６ 遮蔽部
７ 基板コート層
８ アノード電極
９ 電子放出部
１０ アノード基板
１１，１３ 電源
１２，１５ 電流計
２０ 凹部
３１ 基板
３２ Ｙ方向配線
３３ Ｘ方向配線
３４ 電子放出素子
４２ 支持枠
４３ フェースプレート
４４ 蛍光体膜
４５ メタルバック
４６ フェースプレート
４７ 高圧電源
５１ 層間絶縁層

Claims (8)

1. 少なくとも、絶縁性基板の上に形成された一対の素子電極、及び、該素子電極間をつなぐように形成された、間隙を有する導電性膜を複数備えた電子放出素子であって、
   少なくとも上記導電性膜の間隙に隣接する、導電性膜に覆われていない領域の表面が、導電性膜表面よりも高いことを特徴とする電子放出素子。
2. 前記導電性膜の間隙に隣接する、導電性膜に覆われていない領域に凸状の遮蔽部が形成されている請求項１に記載の電子放出素子。
3. 前記遮蔽部が絶縁性材料からなる請求項２に記載の電子放出素子。
4. 前記絶縁性材料が、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウムのいずれかである請求項３に記載の電子放出素子。
5. 前記導電性膜が、素子電極間において絶縁性基板に形成された複数の凹部の底面にそれぞれ配置されている請求項１に記載の電子放出素子。
6. 前記凹部底面がシリコン酸化物もしくはシリコン酸化物を主成分とする絶縁性材料からなる請求項５に記載の電子放出素子。
7. 前記凹部の側面が、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウムのいずれかからなる請求項５又は６に記載の電子放出素子。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の電子放出素子が複数配置された第１の基板と、該電子放出素子と対向して該電子放出素子から放出された電子が照射される画像表示部材が配置された第２の基板とを対向配置させてなることを特徴とする画像表示装置。

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