JP3185060B2 - 電子放出素子及びそれを用いた画像表示装置と描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出素子及びこれ
を用いた装置に関し、特に一対の電極間に絶縁層が挟持
された構造を有する電子放出素子及びそれを用いた画像
表示装置，描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８及び図９は、ＭＩＭ（金属／絶縁層
／金属）型電子放出素子の一般的な構成を示す模式図で
ある。かかるＭＩＭ型の電子放出素子は、同図に示すよ
うに、電極１上に薄い絶縁層２を介して薄い表面電極３
が積層形成された構造を有している。以下、電子が放出
される側の電極をとくに、表面電極と呼ぶことにする。
そして、表面電極３に用いられた金属の仕事関数φ_mよ
り大きな電圧Ｖを電極１及び表面電極３間に印加するこ
とによって、絶縁層２をトンネルした電子のうち真空準
位より大きなエネルギーを有するものが表面電極３表面
から放出される。

【０００３】このような素子で高い電子放出効率を得る
には、トンネルした電子のエネルギー、及びその数を増
す等のために、絶縁層２を薄くし、また表面電極３中で
の散乱等によるエネルギー減少を防ぐために、図９に示
す如く、表面電極３をできる限り薄く形成することが望
ましく、更に表面電極３には仕事関数φ_mの低い金属材
料を用いることが望ましい（特開昭６３−１２４３２７
号公報及び特開昭６３−１４１２３４号公報）。

【０００４】更に、このような素子を安定に動作させ、
電子放出効率を向上させ、かつ、表面電極３から放出さ
れる電子ビームの断面形状を良好に保つ、あるいは放出
電流量の電子ビーム断面内での分布を均一に保つため
に、絶縁層２の膜厚を薄くかつ均一に形成する必要があ
り、また、電極１表面の平滑性を原子レベルにまで近づ
けることが望ましい。

【０００５】例えば、特開昭６３−０９１９２５号公報
他に開示されているように、絶縁層２をラングミュアー
ブロジェット法によって形成することにより、電極１の
表面形状通りに単分子膜を累積した絶縁層が形成でき、
上述した様な絶縁層２の膜厚不均一の問題は著しく解決
されるに至った。

【０００６】しかしながら、電極１の表面に存在する凹
部周辺のエッヂあるいは凸部等に生じる電界集中に起因
した電子ビーム断面形状の不良や放出電流量の電子ビー
ム断面内での不均一分布、さらには素子動作の不安定性
等については未解決であった。すなわち、このような下
地電極上にＭＩＭ型電子放出素子を構成した場合、絶縁
層２の膜厚が不均一になり易く、素子に電圧を印加した
際、絶縁膜中の電界が不均一となり易かった。このた
め、一つの素子においても局所的に電子放出量が大きく
異なることになり、電子ビームの断面形状を良好に保て
ない場合が多く、また放出電流量が電子ビームの断面内
で不均一に分布し、例えば、表面電極３の直上に電子ビ
ームの照射によって蛍光を呈する蛍光体を配置した際、
かかる電子ビームによる蛍光輝度が不均一になるという
問題が生じ易かった。

【０００７】更に、このような電子ビームの断面形状の
悪化や蛍光輝度の不均一化（輝度むら）は、とりわけ、
かかるＭＩＭ型電子放出素子を、画像表示装置或いは描
画装置の電子源として用いた際には、画像の解像度の低
下，輝度の低下，輝度むらの発生等の問題を生じてしま
う。

【０００８】また、多数の素子を構成した場合、素子ご
との特性にバラツキが生じ、素子の設計性の向上を妨げ
る結果となっていた。更に、絶縁膜の膜厚が薄い場合、
強電界がかかった部分から絶縁破壊等による素子破損が
起こり易く、駆動電圧をあまり大きくできなかった。一
方、前述の輝度むらを抑えるにはある程度高電圧を要
し、駆動電圧として使用可能な範囲が狭められていた。

【０００９】従来、ＭＩＭ型電子放出素子の下地電極は
真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成されてき
た。しかし、これらの方法で形成した金属薄膜は多結晶
膜となり、薄膜表面の凹凸の高低差が５ｎｍ以下の平滑
性を得ることは極めて困難であった。そのような平滑な
電極表面（理想的には原子レベルの平滑性を有する）を
得るためには、金属のエピタキシャル成長による薄膜形
成等の方法が挙げられるが、利用できる基板及び金属材
料に大きな制約があり、上記ＭＩＭ型電子放出素子に容
易に使用することができなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたような従来
技術の問題点に鑑み、本発明の目的とするところは、
．電極１の表面の平滑性を向上させて、電界集中等に
よる素子破損壊を防止し、広い範囲の電圧で安定に駆動
しうる電子放出素子、．電子ビームの断面形状の良好
な保持、電子ビーム断面内での放出電流量の均一な分布
を保持、更に、安定動作を同時に満足しうる電子放出素
子、．上記電子放出素子を用いた、画像の解像性及び
輝度に優れた画像表示装置及び描画装置、等を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、一対
の電極間に絶縁層が挟持された積層構造を有する電子放
出素子において、該絶縁層が表面凹凸の高低差１ｎｍ以
下の平滑電極上に積層形成されており、電極間に電圧を
印加することにより、前記絶縁層の該平滑電極とは反対
側面に配置された電極側から電子が放出されることを特
徴とする。本発明に係る平滑電極の表面は、母材（平滑
基板）の表面形状の転写によって形成することができ
る。具体的には、上記母材として、例えば劈開した結晶
基板を用いたり、主要面が溶融により形成された基板を
用いることができる。すなわち、上記のような平滑表面
を有する基板上に形成された金属薄膜を固体支持基板で
裏打ちし、平滑基板を剥離することにより平滑基板表面
を金属薄膜表面に転写して、凹凸の高低差１ｎｍ以下の
平滑性を得るのである。この際の金属薄膜の形成方法
は、通常用いられる真空蒸着法やスパッタリング法でよ
い。

【００１２】本発明にかかる平滑基板としては、平滑性
に優れていればいかなる材料でも良いが、表面の凹凸の
高低差が１ｎｍ以下の基板がより好ましい。かかる平滑
表面を提供する材料として、例えば、フロートガラス、
＃７０５９フュージョン、溶融石英等が挙げられるが、
より好ましくは、マイカ等の単結晶基板の劈開面が挙げ
られる。

【００１３】一方、本発明に係る電極材料としては、高
い導電性を有するもので、更に平滑基板と密着性の良く
ない材料が好ましい。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ
等の金属、及びＡｕ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ等の合金が挙げ
られる。この様な材料を用いた電極形成法も、従来公知
の薄膜形成技術で充分である。

【００１４】固体支持基板を裏打ちする際には適当な接
着層を介するのが簡便であるが、用いる材料によっては
直接基板と接合させる共晶接合によって強い接着力が得
られる。接着層としては無溶剤型の体積収縮がないもの
が好ましく、例えばエポキシ樹脂系、α−シアノアクリ
レート系等の絶縁性接着剤やエポテック・銀シリーズ等
の導電性接着剤等が好ましい。また、直接接合させる場
合、接着層は不要である。

【００１５】固体支持基板としては、接着層を介する場
合は、金属，ガラス，セラミックス，プラスチック材料
等いずれの材料でも良いが、直接支持基板を電極と接合
させる場合は、比較的平滑な材料を用いるのが好まし
い。また、電鋳によって厚い金属層を形成して支持基板
とすることも可能である。

【００１６】本発明に係る絶縁層２は、電極１中の電子
がトンネルして表面電極３に達することができるよう充
分薄く形成される必要がある。即ち、その膜厚が数オン
グストローム〜数百オングストロームの範囲、好ましく
は２００オングストローム以下、更に好ましくは１００
オングストローム以下であり５オングストローム以上で
ある。更に、かかる絶縁性薄膜面内及び膜厚方向の均質
性の有無は、素子特性及びその安定性に著しい影響を与
えるので注意を要する。

【００１７】本発明の好ましい具体例における絶縁性薄
膜の最適成膜法としてＬＢ法を挙げることができる。か
かるＬＢ法は、分子内に親水性部位と疎水性部位とを有
する構造に於いて両者のバランス（両親媒性のバラン
ス）が適度に保たれている時、分子は水面上で親水基を
下に向けて単分子の層になることを利用して単分子膜又
はその累積膜を形成する方法である。

【００１８】このＬＢ法によれば、１分子中に疎水性部
位と親水性部位とを有する有機化合物の単分子膜、又は
その累積膜を任意の電極上乃至は任意の電極を含む任意
の基板上に容易に形成することができ、分子長オーダー
の膜厚を有し、かつ大面積に亘って均一，均質な有機超
薄膜を安定に供給することができる。もちろん、充分に
薄くかつ均一な膜厚を有する絶縁膜を形成できる製膜法
であれば何でもよく、ＬＢ法に限定されるものではな
い。例えば、蒸着や分子線エピタキシー、電解重合等の
適用も可能である。

【００１９】本発明に係る表面電極３についても、既に
述べた様に素子の性能、及び安定性をおとさない範囲で
できる限り薄く形成することが望ましく、更に仕事関数
φ_mの低い金属材料を用いることが望ましい。また、表
面電極に微小な開口部を設けることも効果的である。

【００２０】電極形成法としても従来公知の薄膜技術で
充分である。但し、ここで注意を要するのは、特に、耐
熱性，耐溶剤性を有しないＬＢ膜の場合、既に形成した
ＬＢ膜上に更に電極を形成する際、ＬＢ膜に損傷を与え
ない様に、例えば高温（＞１００℃）を要する製造ある
いは、処理工程を避けることが望ましい。

【００２１】さて、以上述べた本発明の電子放出素子
は、その有する利点から、とりわけ高解像性，高輝度が
所望される画像表示装置又は描画装置の電子源として好
適に用いることができる。以下に、本発明の電子放出素
子を用いた画像表示装置について説明する。

【００２２】図６において、本発明を適用した平板型画
像表示装置の一実施形態を説明する。図６は、表示パネ
ルの構造を示す為の一部切欠きの斜視図である。以下、
本装置の構成及び動作を順を追って説明する。

【００２３】本図中、ＶＣはガラス製の真空容器で、そ
の一部であるＦＰは表示面側のフェースプレートを示し
ている。フェースプレートＦＰの内面には、例えばＩＴ
Ｏを材料とする透明電極が形成され、さらにその内側に
は、赤，緑，青の蛍光体（画像形成部材）がモザイク状
に塗り分けられ、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック
処理が施されている。（透明電極，蛍光体，メタルバッ
クは図示せず。）また、前記透明電極は、加速電圧を印
加する為に端子ＥＶを通じて、真空容器外と電気的に接
続されている。

【００２４】また、Ｓは前記真空容器ＶＣの底面に固定
されたガラス基板で、その上面には本発明の電子放出素
子がＮ個×Ｌ列にわたり配列形成されている。該電子放
出素子群は、列毎に電気的に並列接続されており、各列
の正極側配線１２５は端子Ｄ_p1〜Ｄ_pL、負極側配線１２
６は共通の端子Ｄ_mによって真空容器外と電気的に接続
されている。

【００２５】また、基板ＳとフェースプレートＦＰの中
間には、ストライプ状のグリッド電極（変調電極）ＧＲ
が設けられている。かかるグリッド電極（変調電極）Ｇ
Ｒは、前記素子列と直交してＮ本設けられており、各電
極には、電子ビームを透過させる為の空孔Ｇｈが設けら
れている。空孔Ｇｈは、図６に示すように各電子放出素
子に対応して１個づつ設けてもよいし、あるいは微小な
孔をメッシュ状に多数設けてもよい。また、各グリッド
電極（変調電極）ＧＲは、端子Ｇ₁〜Ｇ_Nによって真空容
器外と電気的に接続されている。

【００２６】本表示パネルでは、Ｌ個の電子放出素子列
と、Ｎ個のグリッド電極（変調電極）列により、ＸＹマ
トリックスが構成されている。電子放出列を一列づつ順
次駆動（走査）するのと同期してグリッド電極（変調電
極）に情報信号に応じて画像１ライン分の変調信号を同
時に印加することにより、各電子ビームの蛍光体への照
射を制御し、画像を１ラインづつ表示していくものであ
る。

【００２７】以上述べた画像表示装置は、先述した本発
明の電子放出素子の有する利点に起因して、とりわけ高
解像性，輝度むらがなく、高輝度の表示画像が得られる
画像表示装置となる。

【００２８】次に、本発明の電子放出素子を用いた描画
装置について説明する。

【００２９】図７は、描画装置の一実施形態の概略構成
図である。１３１は本発明の電子放出素子であり、この
電子放出素子１３１から放出された電子ビーム（図中の
点線）により、ステージ１３５上に設けられたウェハー
１４２に描画する。電子ビームは所望画像の情報信号に
応じて変調、すなわち電子ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御が
行われるが、かかる変調手段は、単に素子の駆動をＯＮ
／ＯＦＦ制御する電子源駆動装置１３２であっても良い
が、それ以外に図７中１４１で示される、すなわち連続
放出している電子ビームを大きく偏向させ、ウェハー１
４２に到達しないようにするブランキング電極であって
も良い。本態様の描画装置は、以上のように本発明の電
子放出素子及び変調手段を必須の構成要件として具備す
るものである。また、電子源を構成する電子放出素子が
マルチ化されていない場合には、電子ビームを情報信号
に応じて偏向する偏向電極１３９が必要である。また、
偏向電極１３９による電子ビームの偏向幅に制約が生じ
る場合には、さらに、情報信号に応じてステージ１３５
を微動させる為のステージ微動機構１３７，ステージ位
置決め機構１３８及びこれら機構（１３７，１３８）と
偏向電極１３９及びブランキング電極１４１とを同期さ
せる為の制御機構１４０を設けることが好ましい。更に
は、放出される電子ビームのウェハー１４２上での収束
性を向上させるために、電子ビーム経路の両側に収束レ
ンズ（電磁レンズ１３３及び電磁レンズ駆動装置１３
４）を配置することが好ましい。また、図７中の１３６
は防振架台であり、描画中の微振動による描画精度の低
下を防止する為のものである。

【００３０】以上述べた描画装置は、先述した本発明の
電子放出素子の有する利点に起因して、とりわけ高解像
性，高精度の描画パターンが得られる描画装置となる。

【００３１】

【実施例】以下、実施例に従って、具体的に本発明の説
明をする。

【００３２】実施例１ 大気中でマイカ板を劈開して得た０．５ｎｍ以下の平滑
性を有する平滑基板１１上に、真空蒸着法により金（Ａ
ｕ）を製膜し、電極層１２を形成した（図１（ｂ））。
該電極層１２は、基板温度を室温に保ち蒸着速度１０オ
ングストローム／ｓｅｃ、到達圧力２×１０^-6Ｔｏｒ
ｒ、膜厚２０００オングストロームの条件で行った。続
いて、接着層１３（セメダイン製，ハイスーパー５（エ
ポキシ樹脂系））を電極層１２上に塗付し、基板１４を
接着層１３上に貼り付ける（図１（ｄ））。該基板１４
の接着は加圧力５ｋｇ／ｃｍ²、温度２３℃、硬化時間
２４時間の条件で行った。その後、平滑基板１１を電極
層１２から引き剥し、基板１４、接着層１３、電極層１
２からなる平滑電極基板を得た（図１（ｅ））。

【００３３】斯る基板を担体として電極層１２上にＬＢ
法によりスクアリリウム−ビス−６−オクチルアズレン
（ＳＯＡＺ）単分子膜の累積を行った。以下にその詳細
を記す。ＳＯＡＺを濃度０．２ｍｇ／ｍｌで溶かしたク
ロロホルム溶液を水温２０℃の純水から成る水相上に展
開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発除去を
待って、かかる単分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高
め、更にこれを一定に保ちながら前記基板を水面を横切
る方向に速度１０ｍｍ／分で静かに浸漬した後、５ｍｍ
／分で静かに引きあげ、２層単分子膜をＹ型に累積し
た。かかる操作を適当回数繰り返すことによって、前記
基板上に２，４，８，１２，２０層の５種の単分子膜を
Ｙ型に累積した（図１（ｆ））。

【００３４】次に、かかるＳＯＡＺ単分子累積膜面の１
ｍｍ幅の露出部をのこし、残りの膜面上にＳｉＯ₂を真
空蒸着法を用いて厚さ３０００オングストローム堆積し
た。続いて、ＳｉＯ₂膜面上にアルミニウム（Ａｌ）電
極を真空蒸着法により厚さ２０００オングストローム形
成した（図１（ｇ））。次に、ＳＯＡＺ単分子累積膜の
露出部を覆う様にアルミニウム（Ａｌ）表面電極を２０
０オングストロームの膜厚で真空蒸着法により形成し、
１ｍｍ□の電子放出部を有する電子放出素子を得た（図
１（ｈ））。以上の真空蒸着は、全て基板温度を室温以
下に保持して行った。

【００３５】以上の様にして作製した素子を２×１０^-6
Ｔｏｒｒ以下の真空下におき、上下電極間に電圧を印加
することにより、電子放出が観測された。電子放出効率
は最大５×１０^-3程度が得られた。絶縁層の累積層数が
増すと、同じ放出電流を得るためにより高い電圧を要し
た。素子の直上に配置した蛍光板により電子放出パター
ンを観測すると、表面電極の形状に一致した蛍光パター
ンが得られた。更に蛍光の均一性も良好であった。

【００３６】また、従来のＭＩＭ型電子放出素子に比し
低電圧での駆動が可能になり、更に、長時間素子を駆動
した際も、従来のものに比し、著しく絶縁破壊等による
素子破損が少なくなった。

【００３７】実施例２ 大気中でマイカ板を劈開して得た０．５ｎｍ以下の平滑
性を有する平滑基板２１上に、真空蒸着法により金（Ａ
ｕ）を製膜し、電極層２２を形成した（図２（ｂ））。
該電極層２２は、基板温度を４００℃に保ち、蒸着速度
１０オングストローム／ｓｅｃ、到達圧力２×１０^-6Ｔ
ｏｒｒ、膜厚１．０μｍの条件で行った。続いて、シリ
コンウェハーを基板２３として、ヒータにより加熱し、
一定の温度に保ちながら平滑基板２１上に形成された電
極層２２の表面を基板２３に軽くこすり付けることによ
り、電極層２２と基板２３を共晶接合させた。かかる接
合は基板温度を４００℃，加圧力２ｋｇ／ｃｍ²，保持
時間１分の条件で行った（図２（ｃ））。しかる後に、
平滑基板２１を電極層２２から引き剥し、基板２３及び
電極層２２から成る平滑電極基板を得た（図２
（ｄ））。

【００３８】かかる基板を担体として電極層２２上にＬ
Ｂ法によりポリイミド単分子累積膜２５を形成した。以
下にその詳細を記す。後述する化１式に示すポリアミッ
ク酸（分子量約２０万）をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミ
ド溶媒に溶解させた（単量体換算濃度１×１０^-3Ｍ）
後、別途調整したＮ，Ｎ−ジメチルヘキサデシルアミン
の同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶媒とを１：２（ｖ／ｖ）
に混合して、化２式に示すポリアミック酸ヘキサデシル
アミン塩溶液を調整した。

【００３９】

【化１】

【００４０】

【化２】 かかる溶液を水温２０℃の純水から成る水相上に展開
し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒除去後、表面圧
を２５ｍＮ／ｍにまで高めた。表面圧を一定に保ちなが
ら、前記平滑電極基板を水面を横切る方向に速度５ｍｍ
／ｍｉｎで静かに浸漬した後、続いて５ｍｍ／ｍｉｎで
静かに引き上げて２層のＹ型単分子累積膜を形成した。
かかる操作を繰り返して、８，１２，１８，２４，３０
層の５種類の累積膜を形成した。

【００４１】次に、かかる基板を３００℃で１０分間の
熱処理を行い、ポリアミック酸ヘキサデシルアミン塩を
イミド化し（化３式）、ポリイミド単分子累積膜を得た
（図２（ｅ））。

【００４２】

【化３】 かかるポリイミド単分子累積膜上にＳｉＯ₂を真空蒸着
法を用いて厚さ３０００オングストローム堆積した。次
に、ポジ型レジスト材料（商標名ＡＺ １３７０）をス
ピンナー塗布し、膜厚を１．２μｍとする。これをプリ
ベークしたのち、露光、現像、ポストベークを行う。そ
の後ＨＦ：ＮＨ₄Ｆ＝１：７の溶液でエッチングを行い
ＳｉＯ₂をパターニングし、次にアセトン超音波処理、
ＤＭＦ超音波処理、純水洗浄によりレジストを剥離し、
ベーキングを行った。

【００４３】以上の工程によって、種々の直径を有する
ポリイミド単分子累積膜の露出部が形成され、他がＳｉ
Ｏ₂膜２８によって被覆された構造を得た（図２
（ｇ））。その後、真空蒸着法によって、図２（ｈ）に
示すようにポリイミド単分子累積膜の露出部を覆うアル
ミニウム（Ａｌ）電極２６（５０００オングストロー
ム）を形成した。次に、ポジ型レジスト（商標ＯＭＲ−
８３）を膜厚１．２μｍとなる様にスピナー塗付し、Ｓ
ｉＯ₂開口部上にＳｉＯ₂開口部の直径よりも小さい開口
パターンを焼き付け、現像、ポストベークを行い、その
後、Ｈ₃ＰＯ₄：ＨＮＯ₃：ＣＨ₃ＣＯＯＨ：Ｈ₂Ｏ＝１
６：１：２：１の溶液でＡｌを所望のパターンにエッチ
ングする。かかる基板をアセトン超音波処理、ＤＭＦ超
音波処理、純水洗浄によりレジストを剥離した（図２
（ｉ））。更に、アルミニウム電極開口部を被覆するよ
うに膜厚２００オングストロームのアルミニウム（Ａ
ｌ）表面電極２７を真空蒸着法により形成し、１ｍｍφ
から１０μｍφの種々の直径の電子放出部を有する電子
放出素子を得た（図２（ｊ））。

【００４４】以上の様にして作製した素子を２×１０^-6
Ｔｏｒｒ以下の真空下におき、上下電極間に電圧を印加
することにより、電子放出が観測された。電子放出効率
は最大５×１０^-3程度が得られた。絶縁層の累積層数が
増すと、同じ放出電流を得るためにより高い電圧を要し
た。素子の直上に配置した蛍光板により電子放出パター
ンを観測すると、表面電極の形状に一致した蛍光パター
ンが得られた。更に蛍光の均一性も良好であった。

【００４５】また、従来のＭＩＭ型電子放出素子に比
し、低電圧での駆動が可能になり、更に長時間素子を駆
動した際も、従来のものに比し、著しく絶縁破壊等によ
る素子破損が少なくなった。

【００４６】次に、表面電極の膜厚を１５０オングスト
ロームとして形成した素子の場合、電子放出効率がわず
かに向上した。さらに電子放出パターンは電子放出部の
形状に一致しており、蛍光にもむらがなかった。

【００４７】一方、表面電極の膜厚を１５０オングスト
ロームとして形成した素子の場合、電子放出効率が１×
１０^-3以下に減少するとともに、電子放出パターンも電
子放出部の形状に一致しなくなり、蛍光のむらが生じる
ようになった。このことは、膜厚１００オングストロー
ムとして形成したアルミニウムでは、島状構造をとりは
じめ均一な表面電極を形成していないことによる。

【００４８】実施例３ 洗浄した溶融石英を基板３３とし、金（Ａｕ）を真空蒸
着法により基板３３上に製膜し、電極層３２を形成し
た。該電極層３２は基板温度を室温に保ち、蒸着速度１
０オングストローム／ｓｅｃ、到達圧力２×１０^-6Ｔｏ
ｒｒ、膜厚５０００オングストローム、下引き層クロム
（Ｃｒ）５０オングストロームの条件で行った（図３
（ｂ））。続いて、大気中で劈開したマイカ板を平滑基
板３１とし、電極３２上にのせプレスを行う（図３
（ｃ））。かかるプレスは、窒素雰囲気中、加圧力１０
ｋｇ／ｃｍ²、温度５００℃、１時間の条件で行った。
しかる後に、平滑基板３１を電極層３２から引き剥すこ
とにより、電極層３２及び基板３３から成る平滑電極基
板を得た（図３（ｄ））。

【００４９】次に、実施例２と同様にして、電極層３２
上にポリイミド単分子累積膜３５を形成した（図３
（ｅ））。かかるポリイミド単分子累積膜上に、感光性
ポリイミド（商標名ＰＬ−１２００）を塗付した。続い
て、プリベーク、露光、現像、キュアを行い、実施例２
と同様な種々の直径を有するポリイミド単分子累積膜の
露出部を形成した。この時、上記パターン形成に用いた
ポリイミド膜の膜厚が３０００オングストロームになる
様にした（図３（ｇ））。

【００５０】かかるポリイミド膜上全面に、真空蒸着法
によって、アルミニウム（Ａｌ）を膜厚５０００オング
ストローム堆積させた。次に、ポジ型レジスト（商標Ｏ
ＭＲ−８３）を膜厚１．２μｍとなる様にスピナー塗付
し、ポリイミド開口部上に開口部の直径よりも小さい開
口パターンを焼き付け、現像、ポストベークを行い、そ
の後、Ｈ₃ＰＯ₄：ＨＮＯ₃：ＣＨ₃ＣＯＯＨ：Ｈ₂Ｏ＝１
６：１：２：１の溶液でＡｌを所望のパターンにエッチ
ングする。かかる基板をアセトン超音波処理、ＤＭＦ超
音波処理、純水洗浄によりレジストを剥離した（図３
（ｉ））。更に、アルミニウム電極開口部を被覆するよ
うに膜厚２００オングストロームのアルミニウム（Ａ
ｌ）表面電極３７を真空蒸着法により形成し、１ｍｍφ
から１０μｍφの種々の直径の電子放出部を有する電子
放出素子を得た（図３（ｊ））。

【００５１】以上の様にして作製された素子において
も、実施例２と同様な良好な電子放出特性が得られた。
また、従来のＭＩＭ型電子放出素子に比し、低電圧での
駆動が可能になるとともに、長時間駆動においても極め
て素子破損が少なくなった。

【００５２】実施例４ 大気中でマイカ板を劈開し平滑基板４１とし、該平滑基
板４１上に真空蒸着法により金−パラジウム（Ａｕ−Ｐ
ｄ）を成膜し、電極層４２を形成した（図４（ｂ））。
該電極層４２は、基板温度を室温に保ち、蒸着速度１０
オングストローム／ｓｅｃ、到達圧力２×１０^-6Ｔｏｒ
ｒ、膜厚１０００オングストロームの条件で行った。続
いて、電極層４２上にニッケル（Ｎｉ）を電鋳により形
成し、基板４４とする。かかる電鋳は、ワット浴を用い
て温度を５０℃に保ち、電流密度０．０６Ａ／ｃｍ²、
電鋳時間２時間の条件で行い、厚さ１００μｍを得た
（図４（ｃ））。次に、平滑基板４１を電極層４２から
引き剥し、基板４４及び電極層４２からなる平滑電極基
板を得た（図４（ｄ））。続いて、実施例２と同様にし
て、ポリイミド単分子累積膜４５を形成し（図４
（ｅ））、更に実施例２と同様にして、ポリイミド単分
子累積膜の露出部（１ｍｍ□）を形成するように開口部
を設けたＳｉＯ₂膜４８を形成した（図４（ｇ））。次
に、アルミニウム（膜厚５０００オングストローム）を
全面に真空蒸着法により形成し（図４（ｈ））、実施例
２と同様な工程により図５に示すような１５μｍφ，ピ
ッチ５０μｍの開口部を有する表面電極４７を形成し、
電子放出素子を得た。

【００５３】以上の様にして作製した素子を２×１０^-6
Ｔｏｒｒ以下の真空下におき、上下電極間に電圧を印加
することにより、電子放出が観測された。電子放出効率
は最大１×１０^-2程度が得られた。絶縁層の累積層数が
増すと、同じ放出電流を得るためにより高い電圧を要し
た。素子の直上に配置した蛍光板により電子放出パター
ンを観測すると、表面電極の形状に一致した蛍光パター
ンが得られた。更に蛍光の均一性も良好であった。

【００５４】また、従来のＭＩＭ型電子放出素子に比し
て低電圧での駆動が可能になり、更に、長時間素子を駆
動した際も、従来のものに比し、著しく絶縁破壊等によ
る素子破損が少なくなった。

【００５５】実施例５ 本実施例では、実施例３で作製したタイプの素子を用い
て、図６に示すような画像表示装置を作製した。

【００５６】先ず、電子放出素子を１００個（図６中Ｎ
の値）並列に配置して素子ラインを形成し、これを１０
０列（図６中Ｌの値）ガラス基板上に設けた。次に、か
かる素子の電子放出面から１０μｍの位置に絶縁支持体
を介して変調用グリッド電極を設けた。かかるグリッド
電極は、前記素子ラインに直交する方向に１００本配列
し、各素子毎に０．４ｍｍ×０．４ｍｍの電子通過孔を
設けた。そして、さらにその上方素子の電子放出面から
５ｍｍの位置に、蛍光体，透明電極，ガラス板の三層構
造から成る厚さ４ｍｍのフェースプレートを設け、全体
が密封された真空容器（２×１０^-6Ｔｏｒｒ程度）とな
るように構成した。

【００５７】かかる装置において、素子電極間に７Ｖの
電圧を印加したところ、蛍光体面に各々の素子に対応し
た高輝度でかつむらのない蛍光パターンを得ることがで
きた。もちろん、グリッド電極と素子ラインとによりＸ
Ｙマトリックス駆動により、表示画像を制御することが
可能であった。

【００５８】実施例６ 本実施例では、実施例２で作製したタイプの素子を一個
用いて、図７に示すような描画装置を作製した。

【００５９】ここで、電子放出素子１３１表面からステ
ージ１３５上のウェハー１４２までの距離は約４００ｍ
ｍであり、これを基準長とする真空容器（２×１０^-7Ｔ
ｏｒｒ程度）を構成し、内部に図示するようにブランキ
ング電極１４１と偏向電極１３９を各々設け、また、電
磁レンズ１３３を３段設けた。その他、図示するように
電子源駆動装置１３２，電磁レンズ駆動装置１３４，ス
テージ１３５の調整機構１３７，１３８及び制御機構１
４０等を具備した構成とした。

【００６０】かかる装置において、素子に約７Ｖの電圧
を印加し、かつ、ステージを移動させることによって、
ウェハー１４２上に高精度の描画パターンを形成するこ
とができた。

【００６１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の電
子放出素子及びこれを用いた画像表示装置，描画装置に
よれば、．極めて平滑性の高い電極上にＭＩＭ型電子
放出素子を構成したため、電界集中による素子破損が著
しく抑えられるとともに、安定に駆動しうる電圧範囲を
拡大できた。 ．電界分布が均一になり、電子ビームの断面形状が良
好に保持され、かつ放出電流量の電子ビーム断面内での
分布が均一となった。 ．従来のＭＩＭ型電子放出素子に比して、低電圧での
安定な駆動が可能となった。 ．更に、かかる平滑電極基板は、平滑な母材の表面形
状を転写することにより形成するため、従来の方法に比
べ、電極材料や基板に対する制約が少なく、容易に形成
できるようになり、ＭＩＭ型電子放出素子への応用が容
易になった。 ．以上のような電子放出素子を用いて、画像表示装置
あるいは描画装置を構成することで、とりわけ高解像
性，輝度むらのない高輝度の画像及び描画パターンを得
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における素子の製造工程を示す。

【図２】実施例２における素子の製造工程を示す。

【図３】実施例３における素子の製造工程を示す。

【図４】実施例４における素子の製造工程を示す。

【図５】実施例４で得られた素子の構成図を示す。

【図６】本発明の電子放出素子を用いた画像表示装置を
示す。

【図７】本発明の電子放出素子を用いた描画装置を示
す。

【図８】従来のＭＩＭ型電子放出素子を示す。

【図９】従来のＭＩＭ型電子放出素子を示す。

【符号の説明】

１ 電極（下地電極） ２ 絶縁層 ３ 表面電極 ４ 開口部 １１，２１，３１，４１ 平滑基板 １２，２２，３２，４２ 電極層 １３ 接着層 １４，２３，３３，４４ 基板 １５，２５，３５，４５ 有機絶縁層 １６，２６，３６ 上部電極 １７，２７，３７，４７ 表面電極 １８，２８，３８，４８ 第２の絶縁層 ４９ 第２の絶縁層の開口部 １２５ 正極側配線 １２６ 負極側配線 １３１ 電子放出素子 １３２ 電子源駆動装置 １３３ 電磁レンズ １３４ 電磁レンズ駆動装置 １３５ ステージ １３６ 防振架台 １３７ ステージ微動機構 １３８ ステージ位置決め機構 １３９ 偏向電極 １４０ 制御機構 １４１ ブランキング電極 １４２ ウェハー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 有子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特公 昭44−10408（ＪＰ，Ｂ１) 特許3044386（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/312 H01J 9/02 H01J 29/04 H01J 31/12 H01J 37/073

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極間に絶縁層が挟持された積層
   構造を有する素子において、該絶縁層が表面凹凸の高低
   差１ｎｍ以下の平滑電極上に積層形成されており、電極
   間に電圧を印加することにより、前記絶縁層の該平滑電
   極とは反対側面に配置された電極側から電子が放出され
   ることを特徴とする電子放出素子。
2. 【請求項２】 平滑電極の表面が、母材の表面形状の転
   写によって形成されたことを特徴とする請求項１記載の
   電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記絶縁層の厚さが、５〜１００オング
   ストロームであることを特徴とする請求項１記載の電子
   放出素子。
4. 【請求項４】 一対の電極間に挟持，積層した絶縁層と
   は別に、第２の絶縁体を更に該電極間に挟持し、該第２
   の絶縁体によって、前記電極間隔が周囲にくらべ小さい
   領域を形成し、電子が放出される領域を制限したことを
   特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】 平滑電極材料が貴金属又は貴金属合金で
   あることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
6. 【請求項６】 母材が劈開した結晶基板であることを特
   徴とする請求項２記載の電子放出素子。
7. 【請求項７】 母材の主要面が溶融により形成されたこ
   とを特徴とする請求項２記載の電子放出素子。
8. 【請求項８】 前記絶縁層が、有機化合物の単分子膜又
   は該単分子膜を累積した累積膜であることを特徴とする
   請求項１記載の電子放出素子。
9. 【請求項９】 前記絶縁層が、ラングミュアーブロジェ
   ット法（ＬＢ法）により形成された有機化合物の単分子
   膜又は該単分子膜を累積した累積膜であることを特徴と
   する請求項１記載の電子放出素子。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９いずれかに記載の電子放
    出素子を複数個設け、その上方に該電子放出素子から放
    出される電子ビームを変調する変調電極を設け、さらに
    その上方に該変調された電子ビームの照射により画像を
    形成する画像形成部材を設けた構成を特徴とする画像表
    示装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜９いずれかに記載の電子放
    出素子と、該電子放出素子から放出される電子ビームを
    変調する変調手段とを有した構成を特徴とする描画装
    置。