JP2011082094A - 電子放出素子と、これを用いた電子線装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精細に配列されるとともに、静電容量を低減しえる電子放出素子、それを用いた電子線装置及び画像表示装置の提供。
【解決手段】 基板の表面に設けられ、基板の表面に対して起立する側面と上面とを有する絶縁部材と、絶縁部材の上面に設けられたゲートと、ゲートと対向して絶縁部材の側面に設けられたカソードとを有し、絶縁部材のカソードが設けられた側面には、側面のカソードのゲートに対向する部分が位置する箇所と基板の表面から起立する箇所とを結ぶ直線より突出する部分を有する電子放出素子及びこれを用いた電子線装置、画像表示装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子放出素子と、これを用いた電子線装置及び画像表示装置に関する。

ＣＲＴに置き換わる表示装置として、複数の発光部材を有するフェースプレートと、発光部材に対応した複数の電子放出素子を有するリアプレートとを数ミリ程度の間隔で対向配置した薄型の表示装置が研究されている。このような薄型の表示装置においては、表示装置の大型化（大面積化）、高精細化の要求に対応して、電子放出素子の数が増大する一方で、低消費電力化も求められている。このため、電子ビームの収束が図れ、また電子放出効率の改善が期待される、絶縁部材の側面にカソード、上面にゲートを配置させた、所謂、垂直型の電子放出素子を用いた薄型画像表示装置の研究が行われている。特許文献１には垂直型の電子放出素子及びこれを用いた薄型の画像表示装置が開示されている。

特開２００１−２２９８０９号公報

しかし、特許文献１に開示の電子放出素子においても、高精細化、低消費電力化の両立の点で、更なる改善が求められていた。

本発明は、高精細化と低消費電力化をより向上させた、電子放出素子、これを用いた電子線装置及び画像表示装置を提供する。

上記課題を解決する本発明は、基板と、
該基板の表面に設けられ、該表面から離間する上面と該上面と前記基板の表面との間で該基板の表面に対して起立する側面とを有する絶縁部材と、
前記絶縁部材の上面に設けられたゲートと、
前記ゲートと対向して前記絶縁部材の側面に設けられたカソードと
を有する電子放出素子であって、
前記絶縁部材の前記カソードが設けられた側面には、該側面の前記カソードの前記ゲートに対向する部分（ｐｏｒｔｉｏｎ）が位置する箇所（ｐａｒｔ）と該側面の前記基板の表面から起立する箇所とを結ぶ直線より突出する部分（ｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）を有する。

また、本発明の電子線装置は、上記電子放出素子と、ゲートを介してカソードに対向するアノードとを有する。

また本発明の画像表示装置は、上記電子放出素子と、ゲートを介してカソードに対向するアノードと、アノードに積層して設けられた電子の照射によって発光する発光部材とを有する。

本発明によれば、高精細化と低消費電力化をより向上させた、電子放出素子、これを用いた電子線装置及び画像表示装置を提供することができる。

実施形態の電子放出素子の一例を表す上面図及び断面図及び部分拡大図 比較例を表す部分拡大図 実施形態の電子線装置を表す断面図 実施形態の電子放出素子の製造工程を表す図 実施形態の電子放出素子の製造工程を表す他の図 実施形態の画像表示装置を表す図 他の実施形態の電子放出素子の例を表す断面図 他の実施形態の電子放出素子の製造工程を表す図 比較例を表す断面図

以下に本発明の好ましい実施の形態を、図面を用いて説明する。

図１は本実施形態の電子放出素子を示す図であり、図１の（ａ）は上面図、図１の（ｂ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、図１の（ｃ）は図１の（ｂ）のカソード６とゲート４との対向部周辺の部分拡大図である。図１の（ｂ）、（ｃ）に示すように、基板１の表面には第一の絶縁層２ａと第二の絶縁層２ｂとを有する絶縁部材２を有している。絶縁部材２は、基板の表面から離間する上面２２と、この上面２２と基板の表面との間の部分であって、基板の表面に対して起立している側面２１とを有している。そして、絶縁部材２の上面２２にはゲート４が設けられており、側面２１の一部にはゲート４と対向するカソード６が設けられている。ゲート４とカソード６には、電源２２によって、ゲート４がカソード６よりも高電位となるように電圧Ｖｆが印加される。尚、本実施の形態においては、カソード６は、カソード６のゲート４に対向する部分に突起部分１０を有している。図１の（ｂ）中に示された破線８は、絶縁部材２の側面２１上の、カソード６の突起部分１０が位置する箇所２３と、基板１の表面から起立する箇所２４とを結ぶ直線である。そして絶縁部材２はその側面２１に、この直線８より突出する部分９を有している。尚、直線８は仮想の直線であり、図１の（ｃ）に示すように、基板１の表面に対してθＢの角度を有している。このように、絶縁部材２が直線８よりも突出する部分９を有することによって、突出する部分９がない場合と比較して、ゲート４とカソード６との間で形成される静電容量を低減することが可能となる。

その結果、電子放出素子を高精細に配列することが可能になるとともに消費電力を低減できる。以下これについて詳述する。

ゲート４とカソード６との間で形成される静電容量は、カソード６とゲート４との間に電圧を印加した際に、ゲート４とカソード６との間に蓄積される、電子放出に寄与しない充電電荷を発生させる要因となる。従って、不要な電力消費を低減する上で、この静電容量の低減は重要である。ここでゲート４とカソード６との間に形成される静電容量は、ゲート４とカソード６との対向面積及びゲート４とカソード６との間に位置する絶縁部材２の比誘電率に比例し、ゲート４とカソード６との距離に反比例する。

従って、図２の（ａ）に示すように、絶縁部材２の側面が基板の表面に対して十分小さな角度ΘＡで起立する場合には、ゲート４とカソード６との絶縁部材２を介した距離２５が大きくなる。従って、ゲート４とカソード６との間に形成される静電容量は小さく抑えることが可能である。しかし図２の（ａ）の場合には、基板１の表面で絶縁部材２の占める面積は大きくなるため、高精細に電子放出素子を配列させることが難しくなる。また、図２の（ｂ）に示すように、絶縁部材２の側面が基板の表面に対して大きな角度ΘＢで起立する場合には、基板１の表面で絶縁部材２の占める面積は小さくなるため、高精細に電子放出素子を配列させることが出来る。しかしそれに伴って、ゲート４とカソード６との絶縁部材２を介した距離も小さくなるため、静電容量を低減することが難しくなる。本実施の形態においては、基板の表面で絶縁部材２が占める面積を増加させること無く、ゲート４とカソード６との絶縁部材２を介した距離を大きくすることができる。よって、ゲート４とカソード６との間に形成される静電容量も小さく抑える事が可能となる。つまり、図１の（ｂ）に示す本実施の形態では、絶縁部材２はその側面２１に、直線８より突出する部分９を有しており、ここにカソード６が設けられている。よって、ゲート４とカソード６との絶縁部材２を介した距離は図２の（ｂ）の場合よりも大きく出来るので、基板１の表面で絶縁部材２が占める面積は図２の（ｂ）と同じでありながら、図２の（ａ）と大差のない程度に静電容量を低減できる。換言すると、図１の（ｃ）に示す通り、絶縁部材２の基板１の表面から起立する箇所２４は、直線８の基板１の表面に対する角度が、図２の（ｂ）の様に大きな角度ΘＢを形成するように位置している。しかしながら、絶縁部材２の突出する部分９には基板１の表面に対して図２の（ａ）の様に十分小さな角度ΘＡで起立する側面部分をも有するので、ゲート４とカソード６の距離を大きく稼ぐことができ、静電容量を十分に低減できる。この結果、電子放出素子を高精細に配列しながら、消費電力を低減することが可能となる。

尚、カソード４とゲート６との絶縁部材２を介した距離は、基板の表面近くにおいては両者の距離が十分大きいので、むしろ、カソード４とゲート６とが近接するカソード４とゲート６との対向部分の周辺において両者の距離を大きくするのが、静電容量低減に関して効果的である。

よって、突出する部分９の頂点は、基板の表面と、絶縁部材２の側面２１のカソード６のゲート４に対向する部分が位置する箇所との距離の０．４倍以上、基板の表面から離れているのが好ましい。ここで、突出する部分９の頂点とは、直線８から最も距離が大きい、絶縁部材２の側面２１上の位置を言う。

尚、突出する部分９は、図１の（ｂ）に示すような基板１の表面に対して異なる角度で起立する２つの直線によって形成される形状に限らず、後述する図７の（ａ）に示すような円弧形状でもかまわない。また突出する部分９は、図７の（ｂ）に示すように絶縁部材２の側面の一部に形成されていてもかまわない。

また、絶縁部材２は、側面２１のカソード６のゲート４に対向する部分が位置する箇所に凹部を有するのが好ましい。これによって、カソード６とゲート４との間の絶縁部材２の表面を介した距離が大きくなるため、カソード６とゲート４との間の絶縁部材２の表面を介して流れる漏れ電流を低減できるので、電子放出効率を向上させるとともに、消費電力を低減できる。

このような理由から、上述の本実施の形態では、絶縁部材２が凹部７を有しているが、凹部７は必須ではない。また、上述の本実施の形態では、絶縁部材２が、第一の絶縁層２ａと第二の絶縁層２ｂとからなる構成を示しているが、絶縁部材２を１つの絶縁層で構成してもかまわない。

また、カソード６は、図１の（ｂ）、（ｃ）に示すように、ゲート４に対向する部分に、絶縁部材２の凹部７の縁からゲート４に向けて突起する突起部分１０を有するのが好ましい。ここで図１の（ｃ）は図１の（ｂ）の突起部分１０周辺の部分拡大図である。これによってカソード先端の突起部分１０で電界がより強く集中するため、カソード６とゲート４との間に印加する電圧を小さく抑えることが可能となり、結果カソード６とゲート４との間に蓄積される電荷量も低減でき、消費電力の低減が図れる。

また、カソード６の突起部分１０は、絶縁部材２の凹部７の内表面に接しているのが好ましい。これによって電子放出特性の安定及び経時変化の抑制が図れる。これについて、以下詳述する。カソード６の突起部分１０が絶縁部材２の凹部７に接する事によって、カソード６の絶縁部材２に対する接触部は、絶縁部材２の側面のみならず凹部７の内表面にも広がるため、機械的密着力が向上する。この結果、カソード６の突起部分１０が絶縁部材２から剥がれる等の問題が生じにくくなり、カソード６の突起部分１０のゲート４に対する位置が安定するので、カソード６の突起部分１０に生じる電界が安定し、結果電子放出特性の安定性が向上する。また、カソード６の突起部分１０には、駆動中に電子放出に伴う熱が発生するが、突起部分１０が絶縁部材２の凹部７に接する事によって、この熱を効果的に逃がすことが出来るため、結果、電子放出特性の経時変化が抑制できる。

次に、本実施の形態における各構成部材について説明する。

基板１としては、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、青板ガラス及びＳｉ基板等にスパッタ法等によりＳｉＯ_２を積層した積層体、アルミナ等のセラミックス等が使用でき、本実施の形態では、ＰＤ２００等の高歪み防止ガラスが好適に用いられる。

絶縁部材２としては、高電界に耐えられる材料が好ましく、例えばＳｉＯ_２などの酸化物、Ｓｉ_３Ｎ_４などの窒化物等が使用できる。尚、上述のとおり、絶縁部材２は側面に凹部７を有するのが好ましく、そのため図１の（ｂ）に示すように２層の絶縁層の積層体で構成するのが好ましい。第２の絶縁層２ｂは第１の絶縁層２ａに比べて、用いられるエッチング液に対してエッチングレートが高い材料を選択するのが好ましい。例えば、エッチング液としてバッファードフッ酸（フッ酸／フッ化アンモニウム水溶液）を用いる場合、第１の絶縁層２ａはＳｉ_３Ｎ_４等の絶縁性材料で構成し、第２の絶縁層２ｂはＳｉＯ_２等の絶縁性材料で構成するとよい。

ゲート４としては、良好な導電性に加えて高い熱伝導性があり、融点が高い材料で構成するのが望ましい。このような材料としては、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または合金材料が使用できる。また、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物が挙げられる。また、ＨｆＢ_２，ＺｒＢ_２，ＣｅＢ_６，ＹＢ_４，ＧｂＢ_４等の硼化物、ＴａＮ，ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体も使用できる。また、有機高分子材料、アモルファスカーボン、グラファイト、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も使用可能である。また、ゲートの形状としては、図１の（ｂ）に示すように、ゲート４の上に突出する部分を形成するゲートの突出部５を有するのが好ましい。ゲートの突出部５の幅（図１の（ａ）におけるＹ方向の長さ）をカソード６の幅以下に設定することによって、カソードから放出された電子のゲート上での散乱回数を低減できるため、電子放出効率を向上させることができ、好ましい。尚、ゲートの突出部５の材料としては、上記のゲート４の材料が使用できるほか、以下のカソード６の材料を使用してもよい。

カソード６としては、良好な導電性に加えて、電界放出する材料であればよく、一般的には２０００℃以上の高融点、５ｅＶ以下の仕事関数材料であり、酸化物等の化学反応層を形成しづらい材料が好ましい。このような材料としては、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または合金材料が使用可能である。また、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ_２，ＺｒＢ_２，ＣｅＢ_６，ＹＢ_４，ＧｄＢ_４等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ、ＴａＮ等の窒化物も使用可能である。またさらには、アモルファスカーボン、グラファイト、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も使用可能である。

次に図４及び図５を用いて、本実施の形態に係る電子放出素子の製造方法を説明する。

図４の（ａ）に示すように、予め十分に洗浄した基板１上に、第一の絶縁層２ａを多層膜の積層体で形成する。この多層膜は、後のエッチング工程において互いに異なるエッチングレートとなるように、互いの層をそれぞれ異なる条件で成膜する。その際の条件は、例えばスパッタ法にて成膜する場合であれば、スパッタリングのガス圧力を異ならせればよい。尚、成膜方法は、スパッタ法に限らず、ＣＶＤ法、または真空蒸着法等が使用できる。

続いて、図４の（ｂ）、（ｃ）に示すように、第一の絶縁層２ａの成膜に引き続いて、第二の絶縁層２ｂ、ゲート４を成膜する。第二の絶縁層２ｂ及びゲート４についても、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の様様な制膜方法が使用可能である。

続いて、図４の（ｄ）に示すように、フォトレジストをスピンコーティング等の方法で塗布し、露光、現像することでゲート４上の所望の部分にレジストパターン３３を形成する。

続いて、図５の（ｅ）に示すように、レジストパターン３３を介したエッチングにより、第一の絶縁層２ａ、第二の絶縁層２ｂ、ゲート４の一部を一括して取り除く。エッチング法としては、ドライエッチング、ウェットエッチングの何れの方法でも構わない。尚、このエッチングにおいては、それぞれの部材のエッチング面が平滑であるのが望ましく、それぞれの部材の材料に応じてエッチング方法を選択すればよい。例えば、第一の絶縁層２ａにＳｉ_３Ｎ_４、第二の絶縁層２ｂにＳｉＯ_２、ゲート４にＴａＮを選択し、エッチングガスにＣＦ_４ガスを用いてドライエッチングするとよい。この場合、上述のようにスパッタリングのガス圧力を変更して成膜した第一の絶縁層２ａの一部でエッチング速度が異なるため、基板１の表面に対して２種類以上の起立角度を有する側面を第一の絶縁層２ａに形成することができる。

続いて、図５の（ｆ）に示すように、ウェットエッチング等の方法により、絶縁部材２に凹部７を形成する。上述のように、第一の絶縁層２ａにＳｉ_３Ｎ_４、第二の絶縁層２ｂにＳｉＯ_２、ゲート４にＴａＮを選択した場合は、エッチング液として、バッファードフッ酸を用いてエッチングを行う。これによって、第二の絶縁層２ｂが選択的にエッチングされて後退するため、絶縁部材２の側面に凹部７が形成される。

続いて、図５の（ｇ）に示すように、凹部７が形成された絶縁部材２の側面とゲート４の表面とに、それぞれカソード６とゲートの突出部５とを成膜する。カソード６とゲートの突出部５の成膜は、スパッタ法、真空蒸着法等の方法が使用できる。その際、カソード６にゲート４に向かう突起部分１０が形成され、この突起部分１０が、絶縁部材２の凹部７の内表面に接するように、成膜時の蒸着角度、成膜時間、温度及び真空度を精密に制御する事が重要である。そしてこれらの方法で形成された被膜をフォトリソグラフィー法等でパターニングしてカソード６及びゲートの突出部５を形成する。
このようにして、本実施の形態の電子放出素子が作成される。

次に、上述の電子放出素子を用いた、電子線装置の実施形態について説明する。
図３は、図１の（ｂ）に示した電子放出素子を用いた電子線装置の構成を示す図であり、基板１、絶縁部材２、ゲート４、ゲートの突出部５、カソード６、凹部７、仮想の直線８、絶縁部材２の突出する部分９、カソード６の突起部分１０については、上述のとおりである。そして、ゲート４を介してカソード６の突起部分１０と対向する、基板１の表面から距離Ｈを隔てた位置にアノード２１を有している。アノード２１は、高圧電源２３によってカソード６に対して高電圧Ｖａが印加され、カソード６から放出された電子をアノード２１に向けて加速させる。このように、アノード２１をゲート４を介してカソード６と対向するように配置することで、カソード６からより効率よく電子放出を行うことが可能となる。

次に上述の電子放出素子を用いた、画像表示装置の実施形態について説明する。
図６は、図１の（ｂ）に示した電子放出素子を用いた画像表示装置の構成を示す図である。リアプレート１１の表面には、複数の電子放出素子１６を備えており、電子放出素子１６の各々は、不図示であるが、上述の図１の（ｂ）に示した側面に凹部７及び突出する部分９を有する絶縁部材２、ゲート４、ゲートの突出部５、カソード６とを基板１の表面に有している。また基板１の表面には、この複数の電子放出素子１６のカソードを互いに接続するＸ方向配線４４とゲートを互いに接続するＹ方向配線４５とを更に有している。またフェースプレート１２は、透光性のガラス基板４１と、ガラス基板４１上に設けられたアノード２１と、アノード２１に積層して設けられた複数の発光部材である蛍光体４２とを有している。尚、発光部材である蛍光体４２は、電子放出素子１６から放出された電子の照射を受けて発光する。そして、このリアプレート１１とフェースプレート１２とを支持枠１３を介して接合し、その内部空間を真空に排気して画像表示装置１４を形成した。尚、本実施の形態では、画像表示装置の大型化に伴って、耐大気圧支持構造であるスペーサ４６を、リアプレート１１とフェースプレート１２との間に介在させており、これは画像表示装置の軽量化のための好ましい形態である。そして、画像表示装置を駆動させる際には、Ｘ方向配線４４に走査信号、Ｙ方向配線４５に情報信号を入力すると共に、アノード２１に高電圧Ｖａを印加して、電子放出素子から放出された電子をアノード２１に向けて加速させ、発光部材である蛍光体４２に加速された電子を照射させる。これによって所望の蛍光体４２を選択的に発光させることで画像が表示される。

以下、具体的な実施例によって、本発明を説明する。
本実施例では、図１に示す構成の電子放出素子を作成したとともに、その電子放出素子を用いた、図３に示す電子線装置を作成した。尚、電子放出素子は図４及び図５に示す工程で作成した。以下詳細に説明する。

（工程１）
青板ガラスからなる基板１を洗浄した後、第一の絶縁層２ａとしてＳｉ_３Ｎ_４からなる厚さ４００ｎｍの絶縁膜３１およびＳｉ_３Ｎ_４からなる厚さ１００ｎｍの絶縁膜３２をスパッタ法にて成膜した。その際、絶縁膜３２の成膜時のスパッタ圧力は、絶縁膜３１のスパッタ圧力の２倍の圧力とした。このようにして、図４の（ａ）に示すように絶縁膜３１，３２からなる第一の絶縁層２ａを形成した。

（工程２）
次に、厚さ３０ｎｍのＳｉＯ_２層と、厚さ５０ｎｍのＴａＮ層とをスパッタ法にて成膜し、それぞれ図４の（ｂ）、（ｃ）に示す、第二の絶縁層２ｂとゲート４とを形成した。このようにして、第一の絶縁層２ａと第二の絶縁層２ｂからなる絶縁部材２とゲート４との積層構造を形成した。

（工程３）
次に、ポジ型フォトレジスト（ＴＳＭＲ−９８／東京応化社製）をスピンコーティングし、フォトマスクを介して露光した後、現像して、図４の（ｄ）に示すようにレジストパターン３３を形成した。

（工程４）
次に、レジストパターン３３をマスクとして、第一の絶縁層２ａ、第二の絶縁層２ｂ、及びゲート４を、ＣＦ_４ガスを用いてドライエッチングして、図５（ｅ）に示すようにパターニングした。ここで、ゲート４のＸ方向の長さ（図１の（ａ）の１００）は８μｍとした。尚、第一の絶縁層２ａの側面は、基板１の表面から４００ｎｍまでの高さの絶縁膜３１の部分と、その上に位置する、厚さが１００ｎｍの絶縁層３２の部分とで構成される。絶縁層３１の側面は、基板１の表面に対して８５度の起立角度を有し、絶縁層３２の側面は、基板１の表面に対して３５度の起立角度を有していた。また、後の工程で形成されるカソードの、ゲート４との対向部が位置する箇所である第一の絶縁層２ａの側面の上端と、第一の絶縁層２ａの側面の基板１の表面から起立する箇所とを結ぶ仮想の直線８の、基板１の表面に対する角度は７０度であった。このようにして、第一の絶縁層２ａの側面に突出する部分９をその頂点が基板１の表面から４００ｎｍ離れて位置するように形成することで、側面に突出する部９を有する絶縁部材２を形成した。

（工程５）
次に、バッファードフッ酸（ＬＡＬ１００／ステラケミファ社製）をエッチング液として、選択的に第二の絶縁層２ｂをエッチングして、図５（ｆ）に示すように絶縁部材２の側面に深さ６０ｎｍの凹部７を形成した。

（工程６）
次に、絶縁部材２の側面及びゲート４の側面及び上面に、Ｍｏを厚さが１０ｎｍと成るように、基板１の表面に対して６０°上方から、蒸着速度を５ｎｍ／ｍｉｎ、蒸着時間を２分に精密に制御した斜方蒸着法で成膜した。その後、フォトリソグラフィー技術を用いてＭｏ膜をパターニングし、図５の（ｇ）に示すように絶縁部材２の側面の突出する部分９に位置するカソード６、ゲート４の上面及び側面に位置するゲートの突出部５を形成した。ここで、カソード６及びゲートの突出部５のＹ方向の長さ（図１の（ａ）の１０１）は２００μｍとした。またカソード６は、ゲート４に対向する部分に絶縁部材２の凹部７からゲート４に向かって突起する突起部分１０を有しており、この突起部分１０は凹部７の内表面に長さ１５ｎｍ入り込んで、凹部７の内表面に接していた。また、カソード６の、ゲート４との対向部が位置する箇所である絶縁部材２の側面に形成された凹部７の縁２３と、絶縁部材２の側面の基板１の表面から起立する箇所２４とを結ぶ仮想の直線８の、基板１の表面に対する角度は上述のように７０度であった。
以上のようにして作成した電子放出素子に、図２に示すようにゲート４を介してカソード６の突起部分１０に対向させてアノード２１を配置して電子線装置を作成した。

本実施例の電子線装置のゲート４とカソード６の間で静電容量の測定をしたところ、０．０４ｐＦであった。

本実施例では、図７の（ａ）に示す構成の電子放出素子を作成したとともに、その電子放出素子を用いた、図３に示す電子線装置を作製した。尚、図７（ａ）は図１（ｂ）と同様に、本実施例の電子放出素子の部分断面を示す図である。以下に作製工程を説明する。

（工程１）
青板ガラスからなる基板１を洗浄した後、図８の（ａ）に示すように、第一の絶縁層２ａとしてＳｉ_３Ｎ_４からなる、それぞれ厚さが２００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍの絶縁膜７１、７２、７３をスパッタ法にて成膜した。その際、絶縁膜７２、７３の成膜時のスパッタ圧力は、絶縁膜７１のスパッタ圧力のそれぞれ１．５倍、２倍の圧力とした。このようにして、図８の（ａ）に示すように絶縁膜７１，７２、７３からなる厚さ５００ｎｍの第一の絶縁層２ａを形成した。

以下実施例１の（工程２）〜（工程６）と同様の工程で電子線装置を作成した。尚、絶縁部材２の側面には、図７の（ａ）に示すように、略円弧状に突出する部分９がその頂点が基板１の表面から２５０ｎｍ離れて位置し、絶縁部材２の側面の箇所２３と２４とを結ぶ直線８から７０ｎｍ突出するように形成されており、また直線８の、基板１表面に対する角度は７０度であった。

本実施例の電子線装置のゲート４とカソード６の間で静電容量の測定をしたところ、０．０４ｐＦであった。

本実施例では、図７の（ｂ）に示す電子放出素子を作成したとともに、その電子放出素子を用いた、図３に示す電子線装置を作製した。尚、図７（ｂ）は図１（ｂ）と同様に、本実施例の電子放出素子の部分断面を示す図である。以下に作製工程を説明する。

（工程１）
青板ガラスからなる基板１を洗浄した後、図８の（ｂ）に示すように、第一の絶縁層２ａとしてＳｉ_３Ｎ_４からなる、それぞれ厚さが２５０ｎｍの絶縁膜７１、７２をスパッタ法にて成膜した。その際、絶縁膜７２の成膜時のスパッタ圧力は、絶縁膜７１のスパッタ圧力の３倍の圧力とした。このようにして、図８の（ｂ）に示すように絶縁膜７１，７２からなる厚さ５００ｎｍの第一の絶縁層２ａを形成した。

以下実施例１の（工程２）〜（工程６）と同様の工程で電子線装置を作成した。尚、絶縁部材２の側面の一部には、図７の（ｂ）に示すように、略円弧状に突出する部分９がその頂点が基板１の表面から３８０ｎｍ離れて位置し、絶縁部材２の側面の箇所２３と２４とを結ぶ直線８から１００ｎｍ突出するように形成されており、また直線８の、基板１の表面に対する角度は７０度であった。

本実施例の電子線装置のゲート４とカソード６の間で静電容量の測定をしたところ、０．０４５ｐＦであった。

〔比較例〕
本比較例では、図９に示すように、絶縁部材２の側面に突出する部分９を形成しなかった電子放出素子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、電子線装置を作製した。尚、図９は図１（ｂ）と同様に、本比較例の電子放出素子の部分断面を示す図である。以下に実施例１と異なる工程のみ説明する。

（工程１）
青板ガラスからなる基板１を洗浄した後、第一の絶縁層２ａとしてＳｉ_３Ｎ_４からなる、厚さが５０００ｎｍの絶縁層をスパッタ法にて成膜した。尚、絶縁部材２の側面は、基板１の表面に対する角度が７０度であった。

本比較例の電子線装置のゲート４とカソード６の間で静電容量の測定をしたところ、０．０５ｐＦであった。

本実施例は、実施例１で作製された電子放出素子を用いて、図６に示す画像表示装置を作製した例である。

本実施例の画像表示装置においては、Ｘ方向配線４４の幅を３２０μｍ、Ｙ方向配線４５の幅を２５μｍ、１つの電子放出素子１６の大きさを２００μｍ×６３０μｍとして、基板１上に３２０×２４０個の電子放出素子１６をマトリクス状に配置した。

次に、基板１を備えたリアプレート１１の２ｍｍ上方に、基板１と対向するようにフェースプレート１２を配置し、支持枠１３を介して接合し、その内部空間を真空に排気して画像表示装置１４を形成した。リアプレート１１とフェースプレート１２との間には、Ｘ方向長さ６４ｍｍ、Ｙ方向長さ２００μｍの板状スペーサ４８を５本配置した。尚、リアプレート１１と支持枠１３、及び支持枠１３とフェースプレート１２との接合にはインジウムを用いた。

そして、Ｘ方向配線４４に走査信号を印加し、Ｙ方向配線４５に情報信号を印加して電子放出素子１６を駆動した。情報信号として＋６Ｖのパルス電圧を用い、走査信号として−１０Ｖのパルス電圧を用いた。またアノード２１には６ｋＶの高電圧を印加した。このようにして、電子放出素子から電子を放出させ、その電子を蛍光体４２に衝突させて、蛍光体４２を励起、発光させて画像を表示したところ、高輝度且つ高精細な画像を表示することができた。

本実施例の画像表示装置では、上述の比較例１の電子放出素子を用いて作成した画像表示装置と比較して、静電容量が９０％にまで低減されていることが確認された。これに伴い、消費電力も低減することができた。

１ 基板
２ 絶縁部材
４ ゲート
６ カソード
９ 絶縁部材の側面の突出する部分

Claims (7)

1. 基板と、
   該基板の表面に設けられ、該表面から離間する上面と該上面と前記基板の表面との間で該基板の表面に対して起立する側面とを有する絶縁部材と、
   前記絶縁部材の上面に設けられたゲートと、
   前記ゲートと対向して前記絶縁部材の側面に設けられたカソードと
   を有する電子放出素子であって、
   前記絶縁部材の前記カソードが設けられた側面には、該側面の前記カソードの前記ゲートに対向する部分（ｐｏｒｔｉｏｎ）が位置する箇所（ｐａｒｔ）と該側面の前記基板の表面から起立する箇所とを結ぶ直線より突出する部分（ｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）を有することを特徴とする電子放出素子。
2. 前記突出する部分の頂点が、前記基板の表面と前記側面の前記カソードの前記ゲートに対向する部分が位置する箇所との距離の０．４倍以上前記基板の表面から離れていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 前記絶縁部材は、前記側面の前記カソードの前記ゲートに対向する部分が位置する箇所に凹部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
4. 前記カソードは、前記ゲートに対向する部分に、前記絶縁部材の凹部の縁から前記ゲートに向けて突起する突起部分を有することを特徴とする請求項３に記載の電子放出素子。
5. 前記カソードの突起部分は、前記絶縁部材の凹部の内表面に接していることを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子放出素子と前記ゲートを介して前記カソードに対向するアノードとを有する電子線装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子放出素子と、前記ゲートを介して前記カソードに対向するアノードと、前記アノードに積層して設けられた電子の照射によって発光する発光部材とを有する画像表示装置。

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