JP3461145B2 - 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 - Google Patents
電子放出素子及びこれを用いた表示装置Info
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- JP3461145B2 JP3461145B2 JP24221299A JP24221299A JP3461145B2 JP 3461145 B2 JP3461145 B2 JP 3461145B2 JP 24221299 A JP24221299 A JP 24221299A JP 24221299 A JP24221299 A JP 24221299A JP 3461145 B2 JP3461145 B2 JP 3461145B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子及び
これを用いた表示装置に関し、特に電子放出素子の複数
を例えばマトリクス状などの画像表示配列にしたフラッ
トパネルディスプレイ装置に関する。
これを用いた表示装置に関し、特に電子放出素子の複数
を例えばマトリクス状などの画像表示配列にしたフラッ
トパネルディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来からフラットパネルディスプレイ装
置として電界電子放出素子のＦＥＤ（field emission d
isplay）が、陰極の加熱を必要としない冷陰極の電子放
出源のアレイを備えた平面形発光ディスプレイとして知
られている。例えば、spindt形冷陰極を用いたＦＥＤの
発光原理は、冷陰極アレイが異なるもののＣＲＴ（cath
ode ray tube）と同様に、陰極から離間したゲート電極
により電子を真空中に引出し、透明陽極に塗布された蛍
光体に衝突させて、発光させるものである。
置として電界電子放出素子のＦＥＤ（field emission d
isplay）が、陰極の加熱を必要としない冷陰極の電子放
出源のアレイを備えた平面形発光ディスプレイとして知
られている。例えば、spindt形冷陰極を用いたＦＥＤの
発光原理は、冷陰極アレイが異なるもののＣＲＴ（cath
ode ray tube）と同様に、陰極から離間したゲート電極
により電子を真空中に引出し、透明陽極に塗布された蛍
光体に衝突させて、発光させるものである。
【０００３】しかしながら、この電界放出源は、微細な
spindt型冷陰極の製造工程が複雑で、その工程数が多い
ので、製造歩留りが低いといった問題がある。また、面
電子源として金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）構造の電子
放出素子がある。このＭＩＭ構造の電子放出素子は、基
板上に陰極としてのＡｌ層、膜厚１０ｎｍ程度のＡｌ２
Ｏ３絶縁体層、膜厚１０ｎｍ程度の陽極としてのＡｕ層
を順に形成した構造を有するものがある。これを真空中
で対向電極の下に配置して下部Ａｌ層と上部Ａｕ層の間
に電圧を印加するとともに対向電極に加速電圧を印加す
ると、電子の一部が上部Ａｕ層から真空中へ飛び出し対
向電極に達する。この発光素子でも電子を対向電極に塗
布された蛍光体に衝突させて、発光させる。
spindt型冷陰極の製造工程が複雑で、その工程数が多い
ので、製造歩留りが低いといった問題がある。また、面
電子源として金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）構造の電子
放出素子がある。このＭＩＭ構造の電子放出素子は、基
板上に陰極としてのＡｌ層、膜厚１０ｎｍ程度のＡｌ２
Ｏ３絶縁体層、膜厚１０ｎｍ程度の陽極としてのＡｕ層
を順に形成した構造を有するものがある。これを真空中
で対向電極の下に配置して下部Ａｌ層と上部Ａｕ層の間
に電圧を印加するとともに対向電極に加速電圧を印加す
ると、電子の一部が上部Ａｕ層から真空中へ飛び出し対
向電極に達する。この発光素子でも電子を対向電極に塗
布された蛍光体に衝突させて、発光させる。
【０００４】しかしながら、ＭＩＭ構造の電子放出素子
を用いてもまだ放出電子の量は十分とはいえない。これ
を改善するために、従来のＡｌ2Ｏ3絶縁体層の膜厚を数
ｎｍ程度薄膜化したり、極薄膜のＡｌ2Ｏ3絶縁体層の膜
質及びＡｌ2Ｏ3絶縁体層と上部Ａｕ層の界面を、より均
一化することが必要であると考えられている。
を用いてもまだ放出電子の量は十分とはいえない。これ
を改善するために、従来のＡｌ2Ｏ3絶縁体層の膜厚を数
ｎｍ程度薄膜化したり、極薄膜のＡｌ2Ｏ3絶縁体層の膜
質及びＡｌ2Ｏ3絶縁体層と上部Ａｕ層の界面を、より均
一化することが必要であると考えられている。
【０００５】例えば、特開平７−６５７１０号に記載の
発明のように、絶縁体層のさらなる薄膜化及び均一化の
ために陽極酸化法を用いて、化成電流を制御することに
より電子放出特性を向上させる試みがなされている。し
かしながら、このような方法で製造されたＭＩＭ構造の
電子放出素子でも、まだ放出電流は１×１０-5Ａ／cm2
程度で、電子放出効率は０．１％程度にすぎない。
発明のように、絶縁体層のさらなる薄膜化及び均一化の
ために陽極酸化法を用いて、化成電流を制御することに
より電子放出特性を向上させる試みがなされている。し
かしながら、このような方法で製造されたＭＩＭ構造の
電子放出素子でも、まだ放出電流は１×１０-5Ａ／cm2
程度で、電子放出効率は０．１％程度にすぎない。
【０００６】絶縁体層の膜厚が数十ｎｍ〜数μｍと厚い
ＭＩＭ型電子放出素子では平面的に均一なフォーミング
状態が得られず、電子放出特性が不安定という問題があ
る。また、他の電子放出素子として、絶縁基板上に設け
られた対向電極間に導電性薄膜を架設して通電処理によ
り、亀裂からなる電子放出部を導電性薄膜内に設ける表
面伝導型電子放出素子がある。この亀裂は導電性薄膜を
局所的に破壊、変質又は変形させたものであり、このた
め電子放出部内部の均一性や形状の再現性が悪い、電子
放出部の形状が線状に限定されてしまうなどの問題があ
る。
ＭＩＭ型電子放出素子では平面的に均一なフォーミング
状態が得られず、電子放出特性が不安定という問題があ
る。また、他の電子放出素子として、絶縁基板上に設け
られた対向電極間に導電性薄膜を架設して通電処理によ
り、亀裂からなる電子放出部を導電性薄膜内に設ける表
面伝導型電子放出素子がある。この亀裂は導電性薄膜を
局所的に破壊、変質又は変形させたものであり、このた
め電子放出部内部の均一性や形状の再現性が悪い、電子
放出部の形状が線状に限定されてしまうなどの問題があ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みてなされたものであり、低い電圧で安定して電子
放出することのできる電子放出素子及びこれを用いたフ
ラットパネルディスプレイ装置などの表示装置を提供す
ることを目的とする。
に鑑みてなされたものであり、低い電圧で安定して電子
放出することのできる電子放出素子及びこれを用いたフ
ラットパネルディスプレイ装置などの表示装置を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、金属若しくは金属化合物又は半導体からなる電子供
給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体層、及び前
記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からなり、前記
電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電界が印加された
とき電子を放出する電子放出素子であって、前記絶縁体
層及び前記金属薄膜電極は、それらの膜厚が漸次減少す
る少なくとも１つの島領域を有していることを特徴とす
る。
は、金属若しくは金属化合物又は半導体からなる電子供
給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体層、及び前
記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からなり、前記
電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電界が印加された
とき電子を放出する電子放出素子であって、前記絶縁体
層及び前記金属薄膜電極は、それらの膜厚が漸次減少す
る少なくとも１つの島領域を有していることを特徴とす
る。
【０００９】本発明の電子放出素子においては、前記島
領域が電子放出部となっていることを特徴とする。本発
明の電子放出素子においては、前記絶縁体層は誘電体か
らなり、前記島領域以外では５０ｎｍ以上の膜厚を有す
ることを特徴とする。本発明の電子放出素子において
は、前記島領域における前記金属薄膜電極が前記絶縁体
層上で終端していることを特徴とする。
領域が電子放出部となっていることを特徴とする。本発
明の電子放出素子においては、前記絶縁体層は誘電体か
らなり、前記島領域以外では５０ｎｍ以上の膜厚を有す
ることを特徴とする。本発明の電子放出素子において
は、前記島領域における前記金属薄膜電極が前記絶縁体
層上で終端していることを特徴とする。
【００１０】本発明の電子放出素子においては、前記島
領域における前記絶縁体層が前記電子供給層上で終端し
ていることを特徴とする。本発明の電子放出素子におい
ては、前記島領域は前記金属薄膜電極の平坦表面におけ
る凹部であることを特徴とする。本発明の電子放出素子
においては、前記絶縁体層及び前記金属薄膜電極は、物
理堆積法又は化学堆積法で積層されることを特徴とす
る。
領域における前記絶縁体層が前記電子供給層上で終端し
ていることを特徴とする。本発明の電子放出素子におい
ては、前記島領域は前記金属薄膜電極の平坦表面におけ
る凹部であることを特徴とする。本発明の電子放出素子
においては、前記絶縁体層及び前記金属薄膜電極は、物
理堆積法又は化学堆積法で積層されることを特徴とす
る。
【００１１】本発明の電子放出素子においては、前記島
領域において微粒子を備えていることを特徴とする。本
発明の電子放出素子においては、前記島領域において逆
テーパブロックを備えていることを特徴とする。本発明
の電子放出素子の製造方法は、絶縁体層及び金属薄膜電
極の膜厚が漸次減少する複数の島領域を有している電子
放出素子の製造方法であって、基板上に電子供給層を形
成する電子供給層形成工程と、複数の微粒子を前記電子
供給層上に散布する微粒子散布工程と、前記電子供給層
及び前記微粒子上に絶縁体を堆積させ、絶縁体の薄膜か
らなる絶縁体層を形成する絶縁体形成工程と、前記絶縁
体層及び前記微粒子上に金属薄膜電極を形成して、前記
微粒子下の接触面周囲に島領域を形成する金属薄膜電極
形成工程と、を含むことを特徴とする。
領域において微粒子を備えていることを特徴とする。本
発明の電子放出素子においては、前記島領域において逆
テーパブロックを備えていることを特徴とする。本発明
の電子放出素子の製造方法は、絶縁体層及び金属薄膜電
極の膜厚が漸次減少する複数の島領域を有している電子
放出素子の製造方法であって、基板上に電子供給層を形
成する電子供給層形成工程と、複数の微粒子を前記電子
供給層上に散布する微粒子散布工程と、前記電子供給層
及び前記微粒子上に絶縁体を堆積させ、絶縁体の薄膜か
らなる絶縁体層を形成する絶縁体形成工程と、前記絶縁
体層及び前記微粒子上に金属薄膜電極を形成して、前記
微粒子下の接触面周囲に島領域を形成する金属薄膜電極
形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】本発明の電子放出素子の製造方法において
は、前記金属薄膜電極形成工程の後に、前記微粒子を除
去する微粒子除去工程を含むことを特徴とする。本発明
の電子放出素子の製造方法においては、前記金属薄膜電
極形成工程の後又は前記微粒子除去工程の後に、前記電
子供給層と前記金属薄膜電極との間に電圧を印加する導
電経路成長工程を含むことを特徴とする。
は、前記金属薄膜電極形成工程の後に、前記微粒子を除
去する微粒子除去工程を含むことを特徴とする。本発明
の電子放出素子の製造方法においては、前記金属薄膜電
極形成工程の後又は前記微粒子除去工程の後に、前記電
子供給層と前記金属薄膜電極との間に電圧を印加する導
電経路成長工程を含むことを特徴とする。
【００１３】また、本発明の電子放出素子の製造方法
は、絶縁体層及び金属薄膜電極の膜厚が漸次減少する複
数の島領域を有している電子放出素子の製造方法であっ
て、基板上に電子供給層を形成する電子供給層形成工程
と、各々が前記基板の法線方向に突出しかつその上部に
前記基板に平行な方向に突出するオーバーハング部を有
する電気絶縁性の逆テーパブロックを形成するブロック
形成工程と、前記電子供給層上に絶縁体を堆積させ、絶
縁体の薄膜からなる絶縁体層を形成する絶縁体形成工程
と、前記絶縁体層上に金属薄膜電極を形成して、前記逆
テーパブロック下の接触面周囲に島領域を形成する金属
薄膜電極形成工程と、を含むことを特徴とする。
は、絶縁体層及び金属薄膜電極の膜厚が漸次減少する複
数の島領域を有している電子放出素子の製造方法であっ
て、基板上に電子供給層を形成する電子供給層形成工程
と、各々が前記基板の法線方向に突出しかつその上部に
前記基板に平行な方向に突出するオーバーハング部を有
する電気絶縁性の逆テーパブロックを形成するブロック
形成工程と、前記電子供給層上に絶縁体を堆積させ、絶
縁体の薄膜からなる絶縁体層を形成する絶縁体形成工程
と、前記絶縁体層上に金属薄膜電極を形成して、前記逆
テーパブロック下の接触面周囲に島領域を形成する金属
薄膜電極形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】本発明の電子放出素子の製造方法において
は、前記金属薄膜電極形成工程の後に、前記逆テーパブ
ロックを除去するリフトオフ工程を含むことを特徴とす
る。本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記
金属薄膜電極形成工程の後又は前記リフトオフ工程の後
に、前記電子供給層と前記金属薄膜電極との間に電圧を
印加する導電経路成長工程を含むことを特徴とする。
は、前記金属薄膜電極形成工程の後に、前記逆テーパブ
ロックを除去するリフトオフ工程を含むことを特徴とす
る。本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記
金属薄膜電極形成工程の後又は前記リフトオフ工程の後
に、前記電子供給層と前記金属薄膜電極との間に電圧を
印加する導電経路成長工程を含むことを特徴とする。
【００１５】本発明の電子放出素子の製造方法において
は、前記ブロック形成工程は、前記基板上に逆テーパブ
ロック材料層を成膜し、その上にフォトリソグラフィ法
によって少なくとも前記電子供給層の一部分を露出せし
めるレジストマスクを形成し、ドライエッチング法又は
ウエットエッチング法によって前記オーバーハング部を
有する逆テーパブロックを食刻する工程を含むことを特
徴とする。
は、前記ブロック形成工程は、前記基板上に逆テーパブ
ロック材料層を成膜し、その上にフォトリソグラフィ法
によって少なくとも前記電子供給層の一部分を露出せし
めるレジストマスクを形成し、ドライエッチング法又は
ウエットエッチング法によって前記オーバーハング部を
有する逆テーパブロックを食刻する工程を含むことを特
徴とする。
【００１６】さらに、本発明の電子放出素子を用いた表
示装置は、真空空間を挾み対向する一対の第１及び第２
基板と、前記第１基板に設けられた複数の電子放出素子
と、前記第２基板内に設けられたコレクタ電極と、前記
コレクタ電極上に形成された蛍光体層と、からなる表示
装置であって、前記電子放出素子の各々は、オーミック
電極上に形成された電子供給層上に形成された絶縁体
層、及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極から
なり、前記絶縁体層及び前記金属薄膜電極は、それらの
膜厚が漸次減少する島領域を有していることを特徴とす
る。
示装置は、真空空間を挾み対向する一対の第１及び第２
基板と、前記第１基板に設けられた複数の電子放出素子
と、前記第２基板内に設けられたコレクタ電極と、前記
コレクタ電極上に形成された蛍光体層と、からなる表示
装置であって、前記電子放出素子の各々は、オーミック
電極上に形成された電子供給層上に形成された絶縁体
層、及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極から
なり、前記絶縁体層及び前記金属薄膜電極は、それらの
膜厚が漸次減少する島領域を有していることを特徴とす
る。
【００１７】本発明の表示装置においては、前記絶縁体
層は誘電体からなり、前記島領域以外では５０ｎｍ以上
の膜厚を有することを特徴とする。本発明の表示装置に
おいては、前記島領域における前記金属薄膜電極が前記
絶縁体層上で終端していることを特徴とする。本発明の
表示装置においては、前記島領域における前記絶縁体層
が前記電子供給層上で終端していることを特徴とする。
層は誘電体からなり、前記島領域以外では５０ｎｍ以上
の膜厚を有することを特徴とする。本発明の表示装置に
おいては、前記島領域における前記金属薄膜電極が前記
絶縁体層上で終端していることを特徴とする。本発明の
表示装置においては、前記島領域における前記絶縁体層
が前記電子供給層上で終端していることを特徴とする。
【００１８】本発明の表示装置においては、前記島領域
は前記金属薄膜電極の平坦表面における凹部であること
を特徴とする。本発明の表示装置においては、前記絶縁
体層及び前記金属薄膜電極は、物理堆積法又は化学堆積
法で積層されることを特徴とする。本発明の表示装置に
おいては、前記金属薄膜電極の複数の上にバスラインが
形成され、前記オーミック電極及び前記バスラインはそ
れぞれストライプ状の電極でありかつ互いに直交する位
置に配列されていることを特徴とする。
は前記金属薄膜電極の平坦表面における凹部であること
を特徴とする。本発明の表示装置においては、前記絶縁
体層及び前記金属薄膜電極は、物理堆積法又は化学堆積
法で積層されることを特徴とする。本発明の表示装置に
おいては、前記金属薄膜電極の複数の上にバスラインが
形成され、前記オーミック電極及び前記バスラインはそ
れぞれストライプ状の電極でありかつ互いに直交する位
置に配列されていることを特徴とする。
【００１９】
【作用】以上の構成により本発明によれば、絶縁体層及
び金属薄膜電極の島状の一部分がその界面が延在する方
向においてそれらの膜厚が漸次減少するので、その島領
域から放出される電子の量が増加する電子放出素子とな
る。さらに、本発明の電子放出素子では、絶縁体層は厚
い膜厚を有するのでスルーホールが発生しにくいので製
造歩留まりが向上する。また、本発明の電子放出素子
は、画素バルブの発光源、電子顕微鏡の電子放出源、真
空マイクロエレクトロニクス素子などの高速素子に応用
でき、さらに面状又は点状の電子放出ダイオードとし
て、ミリ波又はサブミリ波の電磁波を放出する発光ダイ
オード又はレーザダイオードとして、さらには高速スイ
ッチング素子として動作可能である。
び金属薄膜電極の島状の一部分がその界面が延在する方
向においてそれらの膜厚が漸次減少するので、その島領
域から放出される電子の量が増加する電子放出素子とな
る。さらに、本発明の電子放出素子では、絶縁体層は厚
い膜厚を有するのでスルーホールが発生しにくいので製
造歩留まりが向上する。また、本発明の電子放出素子
は、画素バルブの発光源、電子顕微鏡の電子放出源、真
空マイクロエレクトロニクス素子などの高速素子に応用
でき、さらに面状又は点状の電子放出ダイオードとし
て、ミリ波又はサブミリ波の電磁波を放出する発光ダイ
オード又はレーザダイオードとして、さらには高速スイ
ッチング素子として動作可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。図１に示すように、本実施例の電子
放出素子Ｓは、ガラスの素子基板１０上に例えば、アル
ミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン
（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などからなる
オーミック電極１１を形成し、その上に金属若しくは金
属化合物又はシリコン（Ｓｉ）などの半導体からなる電
子供給層１２を形成し、その上にＳｉＯx（Ｘ＝０．１
〜２．０）などからなる絶縁体層１３を積層し、その上
に例えば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などの金属薄膜電極
１５を積層して構成される。特に、絶縁体層１３は誘電
体からなり、その平坦部は５０ｎｍ以上の極めて厚い膜
厚を有する。これらの層は、スパッタリング法を通し
て、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅあるいはそれらの混合ガス、又は
これらの希ガスを主成分としＯ２，Ｎ２などを混入した
混合ガスを用いてガス圧 0.1〜 100mTorr好ましくは 0.
1〜２０mTorr、成膜レート 0.1〜1000nm/min好ましくは
0.5〜 100nm/minのスパッタ条件で成膜される。
照しつつ説明する。図１に示すように、本実施例の電子
放出素子Ｓは、ガラスの素子基板１０上に例えば、アル
ミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン
（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などからなる
オーミック電極１１を形成し、その上に金属若しくは金
属化合物又はシリコン（Ｓｉ）などの半導体からなる電
子供給層１２を形成し、その上にＳｉＯx（Ｘ＝０．１
〜２．０）などからなる絶縁体層１３を積層し、その上
に例えば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などの金属薄膜電極
１５を積層して構成される。特に、絶縁体層１３は誘電
体からなり、その平坦部は５０ｎｍ以上の極めて厚い膜
厚を有する。これらの層は、スパッタリング法を通し
て、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅあるいはそれらの混合ガス、又は
これらの希ガスを主成分としＯ２，Ｎ２などを混入した
混合ガスを用いてガス圧 0.1〜 100mTorr好ましくは 0.
1〜２０mTorr、成膜レート 0.1〜1000nm/min好ましくは
0.5〜 100nm/minのスパッタ条件で成膜される。
【００２１】さらに、絶縁体層１３及び金属薄膜電極１
５には、それらの膜厚がその中央に向け共に漸次減少す
る島領域１４が形成されている。図１に示すように、島
領域１４は金属薄膜電極１５の平坦表面における円形凹
部として形成されている。島領域１４においては、金属
薄膜電極１５が絶縁体層１３上の縁部Aで終端してい
る。また、島領域１４における絶縁体層１３は電子供給
層１２上の縁部Ｂで終端している。
５には、それらの膜厚がその中央に向け共に漸次減少す
る島領域１４が形成されている。図１に示すように、島
領域１４は金属薄膜電極１５の平坦表面における円形凹
部として形成されている。島領域１４においては、金属
薄膜電極１５が絶縁体層１３上の縁部Aで終端してい
る。また、島領域１４における絶縁体層１３は電子供給
層１２上の縁部Ｂで終端している。
【００２２】凹部である島領域１４は、以下のように形
成される。まず、図２に示すように、オーミック電極１
１が形成された基板１０上にスパッタリングにより電子
供給層１２を形成する。その後に、図３に示すように、
電子供給層１２の上に複数の球状の微粒子２０を散布す
る。微粒子の形状は球状でなくても電子放出は得られる
が、微粒子の粒界部分の均一性や膜上への均一な分散、
凝集が無いことを考えると、等方的な形状である液晶用
スペーサ、ボールミルなどの真球状粒子が望ましい。ま
た、粒子径分布は小さい方がよい。微粒子の材質は絶縁
体、半導体、金属が用いられ得る。金属微粒子を用いる
場合、素子がショートしてしまう可能性があるので、金
属薄膜電極１５を成膜後、微粒子を取り除いた方がよ
い。
成される。まず、図２に示すように、オーミック電極１
１が形成された基板１０上にスパッタリングにより電子
供給層１２を形成する。その後に、図３に示すように、
電子供給層１２の上に複数の球状の微粒子２０を散布す
る。微粒子の形状は球状でなくても電子放出は得られる
が、微粒子の粒界部分の均一性や膜上への均一な分散、
凝集が無いことを考えると、等方的な形状である液晶用
スペーサ、ボールミルなどの真球状粒子が望ましい。ま
た、粒子径分布は小さい方がよい。微粒子の材質は絶縁
体、半導体、金属が用いられ得る。金属微粒子を用いる
場合、素子がショートしてしまう可能性があるので、金
属薄膜電極１５を成膜後、微粒子を取り除いた方がよ
い。
【００２３】次に、図４に示すように、電子供給層１２
及び微粒子２０上に絶縁体１３、１３aを堆積させ、絶
縁体の薄膜からなる絶縁体層１３を形成する。ここで、
電子供給層１２及び微粒子２０の接触部分の周りには絶
縁体が回り込み、絶縁体層１３の所定膜厚から漸次膜厚
が減少する絶縁体層部分が形成される。膜厚が漸次減少
する絶縁体層部分は島領域１４における電子供給層１２
上の縁部Ｂで終端する。
及び微粒子２０上に絶縁体１３、１３aを堆積させ、絶
縁体の薄膜からなる絶縁体層１３を形成する。ここで、
電子供給層１２及び微粒子２０の接触部分の周りには絶
縁体が回り込み、絶縁体層１３の所定膜厚から漸次膜厚
が減少する絶縁体層部分が形成される。膜厚が漸次減少
する絶縁体層部分は島領域１４における電子供給層１２
上の縁部Ｂで終端する。
【００２４】次に、図５に示すように、絶縁体層１３及
び微粒子２０上に金属１５、１５aを堆積させ金属薄膜
電極１５を形成する。ここで、金属は絶縁体層１３及び
微粒子２０間の間隙から電子供給層１２及び微粒子２０
の接触部分の周りには回り込み、金属薄膜電極１５の所
定膜厚から漸次膜厚が減少する金属薄膜電極部分が形成
される。膜厚が漸次減少する金属薄膜電極部分は島領域
１４における絶縁体層１３上の縁部Aで終端する。すな
わち、微粒子２０と絶縁体層１３または金属薄膜電極１
５の間に境界（粒界）が存在し、その境界から微粒子と
電子供給層１２の接点にむかって、絶縁体層１３及び金
属薄膜電極１５の膜厚が連続的に薄くなっている。この
ようにして、凹部である島領域１４は、絶縁体層１３及
び金属薄膜電極１５内の微粒子２０下の接触面周囲に形
成される。
び微粒子２０上に金属１５、１５aを堆積させ金属薄膜
電極１５を形成する。ここで、金属は絶縁体層１３及び
微粒子２０間の間隙から電子供給層１２及び微粒子２０
の接触部分の周りには回り込み、金属薄膜電極１５の所
定膜厚から漸次膜厚が減少する金属薄膜電極部分が形成
される。膜厚が漸次減少する金属薄膜電極部分は島領域
１４における絶縁体層１３上の縁部Aで終端する。すな
わち、微粒子２０と絶縁体層１３または金属薄膜電極１
５の間に境界（粒界）が存在し、その境界から微粒子と
電子供給層１２の接点にむかって、絶縁体層１３及び金
属薄膜電極１５の膜厚が連続的に薄くなっている。この
ようにして、凹部である島領域１４は、絶縁体層１３及
び金属薄膜電極１５内の微粒子２０下の接触面周囲に形
成される。
【００２５】この金属薄膜電極形成工程の後に、微粒子
を超音波洗浄などによって除去することによって、図１
に示す陥没した円形凹部の島領域１４が形成される。な
お、電子放出素子としては微粒子を残したものでもよ
い。微粒子の直径は、電子放出側の金属薄膜電極表面に
微粒子の形状の一部が露出するような、すなわち完全に
埋没しないような大きさである。微粒子の存在を外部か
ら確認できないほど絶縁体層が厚くなった場合、放出電
流は低下する。
を超音波洗浄などによって除去することによって、図１
に示す陥没した円形凹部の島領域１４が形成される。な
お、電子放出素子としては微粒子を残したものでもよ
い。微粒子の直径は、電子放出側の金属薄膜電極表面に
微粒子の形状の一部が露出するような、すなわち完全に
埋没しないような大きさである。微粒子の存在を外部か
ら確認できないほど絶縁体層が厚くなった場合、放出電
流は低下する。
【００２６】金属薄膜電極形成工程の後に又は微粒子除
去工程の後に、微粒子の有無にかかわらず、膜厚が漸次
減少する絶縁体層１３の部分上に終端する金属薄膜電極
１５が形成された島領域１４を有する素子基板１０に対
し、導電経路成長工程が施され得る。この導電経路成長
工程においては、金属薄膜電極１５及び電子供給層１２
間に電圧を印加して、所定電流を流す。ここで、絶縁体
層１３の縁部Ｂと金属薄膜電極１５の縁部Aとの間の絶
縁体層が高い抵抗率ではあるが電流経路となるいわゆる
サイト部分となっているので、このサイト部分にまず電
流が流れ始める。これによりジュール熱が発生し、絶縁
体層の表面又は内部に導電経路の成長が促進される。
去工程の後に、微粒子の有無にかかわらず、膜厚が漸次
減少する絶縁体層１３の部分上に終端する金属薄膜電極
１５が形成された島領域１４を有する素子基板１０に対
し、導電経路成長工程が施され得る。この導電経路成長
工程においては、金属薄膜電極１５及び電子供給層１２
間に電圧を印加して、所定電流を流す。ここで、絶縁体
層１３の縁部Ｂと金属薄膜電極１５の縁部Aとの間の絶
縁体層が高い抵抗率ではあるが電流経路となるいわゆる
サイト部分となっているので、このサイト部分にまず電
流が流れ始める。これによりジュール熱が発生し、絶縁
体層の表面又は内部に導電経路の成長が促進される。
【００２７】つぎにサイト部分直下の電子供給層１２の
Ｓｉは当初高い抵抗率であったものが局部的かつ選択的
に電気抵抗が減少して、この部分にその電流量が増大す
る。これにより導電経路が環状に集中的に一様に成長す
る。このように、Ｓｉは最初高抵抗であるために余計な
絶縁破壊を防止することもできる。また、放出電流の安
定化にも寄与している。
Ｓｉは当初高い抵抗率であったものが局部的かつ選択的
に電気抵抗が減少して、この部分にその電流量が増大す
る。これにより導電経路が環状に集中的に一様に成長す
る。このように、Ｓｉは最初高抵抗であるために余計な
絶縁破壊を防止することもできる。また、放出電流の安
定化にも寄与している。
【００２８】さらに、上記実施例の場合、微粒子２０は
電子供給層１２に接しているが、図６に示すように、微
粒子散布工程の直前に予備絶縁体層１３bを予めスパッ
タして形成し、予備絶縁体層１３bを介して微粒子２０
と電子供給層１２とを離してもよい。離れている場合そ
の距離は数十〜数千オングストロームの範囲である。こ
れにより、電子供給層１２及び金属薄膜電極１５間の短
絡が防止できる。
電子供給層１２に接しているが、図６に示すように、微
粒子散布工程の直前に予備絶縁体層１３bを予めスパッ
タして形成し、予備絶縁体層１３bを介して微粒子２０
と電子供給層１２とを離してもよい。離れている場合そ
の距離は数十〜数千オングストロームの範囲である。こ
れにより、電子供給層１２及び金属薄膜電極１５間の短
絡が防止できる。
【００２９】さらにまた、島領域１４は微粒子によるク
レータ状の凹部に限定されず、図７及び図９に示すよう
に、島領域は溝状の凹部１４ａ及びコーン状の凹部１４
ｂとしてもよく、矩形などその形状及び形成方法は任意
である。この図７及び図９に示す実施例における溝状の
島領域１４ａ及びコーン状の島領域１４ｂは、図８及び
図１０に示すように、それぞれラインもしくはドット状
のテーパーブロック２１ａ及び円柱状の逆テーパブロッ
ク２１ｂを微粒子に代えて用いる以外、前述の島領域の
形成方法と同様の手順で形成される。また、電子放出素
子は、図６に示すように、電子供給層１２又は予備絶縁
体層１３ｂ上に逆テーパブロック２１ａ及び２１ｂを有
してもよい。逆テーパブロック２１ａ及び２１ｂは電気
絶縁性材料例えばレジストからなり、基板１０の法線方
向に突出しかつその上部に基板に平行な方向に突出する
オーバーハング部２２ａ及び２２bを有する。
レータ状の凹部に限定されず、図７及び図９に示すよう
に、島領域は溝状の凹部１４ａ及びコーン状の凹部１４
ｂとしてもよく、矩形などその形状及び形成方法は任意
である。この図７及び図９に示す実施例における溝状の
島領域１４ａ及びコーン状の島領域１４ｂは、図８及び
図１０に示すように、それぞれラインもしくはドット状
のテーパーブロック２１ａ及び円柱状の逆テーパブロッ
ク２１ｂを微粒子に代えて用いる以外、前述の島領域の
形成方法と同様の手順で形成される。また、電子放出素
子は、図６に示すように、電子供給層１２又は予備絶縁
体層１３ｂ上に逆テーパブロック２１ａ及び２１ｂを有
してもよい。逆テーパブロック２１ａ及び２１ｂは電気
絶縁性材料例えばレジストからなり、基板１０の法線方
向に突出しかつその上部に基板に平行な方向に突出する
オーバーハング部２２ａ及び２２bを有する。
【００３０】このように、電子放出素子としては、図
１、図７及び図９に示すように、微粒子２０、逆テーパ
ブロック２１ａ及び２１ｂを除去して、凹部である島領
域１４の複数が表面に均一に形成されたものであるが、
図５、図６、図８及び図１０に示すように微粒子２０、
逆テーパーブロック２１ａ及び２１ｂを除去せずに島領
域１４の凹部中央にこれらを残したものでもよい。
１、図７及び図９に示すように、微粒子２０、逆テーパ
ブロック２１ａ及び２１ｂを除去して、凹部である島領
域１４の複数が表面に均一に形成されたものであるが、
図５、図６、図８及び図１０に示すように微粒子２０、
逆テーパーブロック２１ａ及び２１ｂを除去せずに島領
域１４の凹部中央にこれらを残したものでもよい。
【００３１】この電子放出素子Ｓの素子基板１０を背面
の第１基板として、図１に示すように、これに対向する
ガラスなどの透光性の第２基板１が真空空間４を挾んで
前面基板として保持される。第２基板１の内面にはイン
ジウム錫酸化物（いわゆるＩＴＯ）、酸化錫（Ｓｎ
Ｏ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などからなる透光性のコレク
タ電極２と蛍光体層３R,G,Bとが設けられる。素子基板
１０の材質はガラスの他に、Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ
等のセラミックスでも良い。
の第１基板として、図１に示すように、これに対向する
ガラスなどの透光性の第２基板１が真空空間４を挾んで
前面基板として保持される。第２基板１の内面にはイン
ジウム錫酸化物（いわゆるＩＴＯ）、酸化錫（Ｓｎ
Ｏ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などからなる透光性のコレク
タ電極２と蛍光体層３R,G,Bとが設けられる。素子基板
１０の材質はガラスの他に、Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ
等のセラミックスでも良い。
【００３２】電子放出素子は、表面の金属薄膜電極１５
を正電位Ｖｄとし裏面のオーミック電極１１を接地電位
としたダイオードである。オーミック電極１１と金属薄
膜電極１５との間に電圧Ｖｄ、例えば９０Ｖ程度印加し
電子供給層１２に電子を注入すると、電子は島領域１４
において縁部Ｂから縁部Ａに向けて絶縁体層１３内を移
動する。島領域１４内の金属薄膜電極１５付近に達した
電子は、そこで強電界Ｖｃにより一部は金属薄膜電極を
通して、真空中に放出されると推定される。
を正電位Ｖｄとし裏面のオーミック電極１１を接地電位
としたダイオードである。オーミック電極１１と金属薄
膜電極１５との間に電圧Ｖｄ、例えば９０Ｖ程度印加し
電子供給層１２に電子を注入すると、電子は島領域１４
において縁部Ｂから縁部Ａに向けて絶縁体層１３内を移
動する。島領域１４内の金属薄膜電極１５付近に達した
電子は、そこで強電界Ｖｃにより一部は金属薄膜電極を
通して、真空中に放出されると推定される。
【００３３】この島領域１４の凹部から放出された電子
ｅ（放出電流Ｉｅ）は、対向したコレクタ電極（透明電
極）２に印加された高い加速電圧Ｖｃ例えば５ｋＶ程度
によって加速され、コレクタ電極２に集められる。コレ
クタ電極に蛍光体３が塗布されていれば対応する可視光
を発光させる。一般に、絶縁体層の膜厚が数十ｎｍ〜数
μｍと厚いＭＩＭまたはＭＩＳ型電子放出素子は、単純
に素子を製造しただけでは電子放出は得られない。金属
薄膜電極１５が正極になるようにオーミック電極１１と
の間に電圧を印加する“フォーミング”(forming)とい
う処理が必要である。フォーミング処理はいわゆる絶縁
破壊とは異なり、電極材料の絶縁体層への拡散、絶縁体
層１３中での結晶化、フィラメントと呼ばれる導電経路
の成長、絶縁体組成の化学量論的なズレなど、いろいろ
な説があるが、いまだに明確には解明されていない。こ
のフォーミング処理は制御性が非常に悪く、素子を安定
的に再現性良く製造することが難しい。また、フォーミ
ングサイトは電極面内に偶発的に成長するという側面が
あるため、電子放出の起点（電子放出源）の特定ができ
ない。すなわち素子表面に均一に電子放出の起点を形成
することができないので、電子放出パターンの均一性は
著しく悪いものとなってしまう。
ｅ（放出電流Ｉｅ）は、対向したコレクタ電極（透明電
極）２に印加された高い加速電圧Ｖｃ例えば５ｋＶ程度
によって加速され、コレクタ電極２に集められる。コレ
クタ電極に蛍光体３が塗布されていれば対応する可視光
を発光させる。一般に、絶縁体層の膜厚が数十ｎｍ〜数
μｍと厚いＭＩＭまたはＭＩＳ型電子放出素子は、単純
に素子を製造しただけでは電子放出は得られない。金属
薄膜電極１５が正極になるようにオーミック電極１１と
の間に電圧を印加する“フォーミング”(forming)とい
う処理が必要である。フォーミング処理はいわゆる絶縁
破壊とは異なり、電極材料の絶縁体層への拡散、絶縁体
層１３中での結晶化、フィラメントと呼ばれる導電経路
の成長、絶縁体組成の化学量論的なズレなど、いろいろ
な説があるが、いまだに明確には解明されていない。こ
のフォーミング処理は制御性が非常に悪く、素子を安定
的に再現性良く製造することが難しい。また、フォーミ
ングサイトは電極面内に偶発的に成長するという側面が
あるため、電子放出の起点（電子放出源）の特定ができ
ない。すなわち素子表面に均一に電子放出の起点を形成
することができないので、電子放出パターンの均一性は
著しく悪いものとなってしまう。
【００３４】本実施例の電子放出素子では、局所的に絶
縁体層１３の膜厚が漸次薄くなっている部分、すなわち
膜厚が共に漸次減少する島領域１４を形成し、膜厚が漸
次薄くなっていく絶縁体層１３の上に金属薄膜電極１５
の縁部を配置し電子放出部を形成した。この素子でも十
分な電子放出が得られるが、さらに導電経路成長工程を
行ってもよい。これによって、電子放出部内部の絶縁体
層部分の表面又は内部に存在する導電性の微細構造が成
長又は増大する。そして、素子を駆動した際にはこの微
細構造に強い電界集中が生じこれをエミッションサイト
として電子放出が起ると推論される。また、粒径、形状
がそろっている微粒子などを用いれば島領域１４に大き
さ、形状、状態共に揃った電子放出部を素子表面全体に
均一に形成することができるので電子放出パターンも非
常に良好である。
縁体層１３の膜厚が漸次薄くなっている部分、すなわち
膜厚が共に漸次減少する島領域１４を形成し、膜厚が漸
次薄くなっていく絶縁体層１３の上に金属薄膜電極１５
の縁部を配置し電子放出部を形成した。この素子でも十
分な電子放出が得られるが、さらに導電経路成長工程を
行ってもよい。これによって、電子放出部内部の絶縁体
層部分の表面又は内部に存在する導電性の微細構造が成
長又は増大する。そして、素子を駆動した際にはこの微
細構造に強い電界集中が生じこれをエミッションサイト
として電子放出が起ると推論される。また、粒径、形状
がそろっている微粒子などを用いれば島領域１４に大き
さ、形状、状態共に揃った電子放出部を素子表面全体に
均一に形成することができるので電子放出パターンも非
常に良好である。
【００３５】電子の放出効率に関しては、素子面内で島
領域１４のみが電子放出源かつ導電経路として機能して
いるので、モレ電流などが無く非常に効率の良い電子放
出が得られるものと考えられる。電子放出素子の電子供
給層１２の材料としてはＳｉが特に有効であるが、アモ
ルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や、ａ−Ｓｉのダンリン
グボンドを水素（Ｈ）で終結させた水素化アモルファス
シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、さらにＳｉの一部を炭素
（Ｃ）で置換した水素化アモルファスシリコンカーバイ
ド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）や、Ｓｉの一部を窒素（Ｎ）で置
換した水素化アモルファスシリコンナイトライド（ａ−
ＳｉＮ：Ｈ）などの化合物半導体も用いられ、ホウ素、
ガリウム、リン、インジウム、ヒ素又はアンチモンをド
ープしたシリコンも用いられ得る。Ｓｉの代わりにゲル
マニウム（Ｇｅ）、Ｇｅ−Ｓｉ、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム
（ＩｎＰ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）又はＣｕ
ＩｎＴｅ2など、IV族、III-V族、II-VI族などの単体半
導体及び化合物半導体も電子供給層に用いられ得る。
領域１４のみが電子放出源かつ導電経路として機能して
いるので、モレ電流などが無く非常に効率の良い電子放
出が得られるものと考えられる。電子放出素子の電子供
給層１２の材料としてはＳｉが特に有効であるが、アモ
ルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や、ａ−Ｓｉのダンリン
グボンドを水素（Ｈ）で終結させた水素化アモルファス
シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、さらにＳｉの一部を炭素
（Ｃ）で置換した水素化アモルファスシリコンカーバイ
ド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）や、Ｓｉの一部を窒素（Ｎ）で置
換した水素化アモルファスシリコンナイトライド（ａ−
ＳｉＮ：Ｈ）などの化合物半導体も用いられ、ホウ素、
ガリウム、リン、インジウム、ヒ素又はアンチモンをド
ープしたシリコンも用いられ得る。Ｓｉの代わりにゲル
マニウム（Ｇｅ）、Ｇｅ−Ｓｉ、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム
（ＩｎＰ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）又はＣｕ
ＩｎＴｅ2など、IV族、III-V族、II-VI族などの単体半
導体及び化合物半導体も電子供給層に用いられ得る。
【００３６】又は、電子供給層１２の材料としてＡｌ，
Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの金属でも有効であるが、Ｓｃ，
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇａ，
Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃ
ｄ，Ｌｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，
Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｕなども用いられ得る。
Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの金属でも有効であるが、Ｓｃ，
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇａ，
Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃ
ｄ，Ｌｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，
Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｕなども用いられ得る。
【００３７】絶縁体層１３の誘電体材料としては、酸化
珪素ＳｉＯx（ｘは原子比を示す）が特に有効である
が、ＬｉＯx，ＬｉＮx，ＮａＯx，ＫＯx，ＲｂＯx，Ｃ
ｓＯx，ＢｅＯx，ＭｇＯx，ＭｇＮx，ＣａＯx，Ｃａ
Ｎx，ＳｒＯx，ＢａＯx，ＳｃＯx，ＹＯx，ＹＮx，Ｌａ
Ｏ x，ＬａＮx，ＣｅＯx，ＰｒＯx，ＮｄＯx，ＳｍＯx，
ＥｕＯx，ＧｄＯx，ＴｂＯ x，ＤｙＯx，ＨｏＯx，Ｅｒ
Ｏx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯ x ，ＴｉＯx，ＺｒＯ x，
ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，ＴｈＯx，ＶＯx，ＶＮx，
ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，ＴａＮx，ＣｒＯx，Ｃｒ
Ｎx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，ＷＯx，ＷＮx，ＭｎＯx，Ｒｅ
Ｏx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，ＲｕＯx，ＯｓＯx，ＣｏＯx，
ＲｈＯx，ＩｒＯx，ＮｉＯx，ＰｄＯx，ＰｔＯx，Ｃｕ
Ｏx，ＣｕＮx，ＡｇＯx，ＡｕＯx，ＺｎＯx，ＣｄＯx，
ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，ＡｌＯx，ＡｌＮx，ＧａＯx，
ＧａＮx，ＩｎＯx，ＳｉＮx，ＧｅＯx，ＳｎＯx，Ｐｂ
Ｏx，ＰＯx，ＰＮx，ＡｓＯx，ＳｂＯx，ＳｅＯx，Ｔｅ
Ｏxなどの金属酸化物又は金属窒化物でもよい。
珪素ＳｉＯx（ｘは原子比を示す）が特に有効である
が、ＬｉＯx，ＬｉＮx，ＮａＯx，ＫＯx，ＲｂＯx，Ｃ
ｓＯx，ＢｅＯx，ＭｇＯx，ＭｇＮx，ＣａＯx，Ｃａ
Ｎx，ＳｒＯx，ＢａＯx，ＳｃＯx，ＹＯx，ＹＮx，Ｌａ
Ｏ x，ＬａＮx，ＣｅＯx，ＰｒＯx，ＮｄＯx，ＳｍＯx，
ＥｕＯx，ＧｄＯx，ＴｂＯ x，ＤｙＯx，ＨｏＯx，Ｅｒ
Ｏx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯ x ，ＴｉＯx，ＺｒＯ x，
ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，ＴｈＯx，ＶＯx，ＶＮx，
ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，ＴａＮx，ＣｒＯx，Ｃｒ
Ｎx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，ＷＯx，ＷＮx，ＭｎＯx，Ｒｅ
Ｏx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，ＲｕＯx，ＯｓＯx，ＣｏＯx，
ＲｈＯx，ＩｒＯx，ＮｉＯx，ＰｄＯx，ＰｔＯx，Ｃｕ
Ｏx，ＣｕＮx，ＡｇＯx，ＡｕＯx，ＺｎＯx，ＣｄＯx，
ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，ＡｌＯx，ＡｌＮx，ＧａＯx，
ＧａＮx，ＩｎＯx，ＳｉＮx，ＧｅＯx，ＳｎＯx，Ｐｂ
Ｏx，ＰＯx，ＰＮx，ＡｓＯx，ＳｂＯx，ＳｅＯx，Ｔｅ
Ｏxなどの金属酸化物又は金属窒化物でもよい。
【００３８】また、ＬｉＡｌＯ2，Ｌｉ2ＳｉＯ3，Ｌｉ2
ＴｉＯ3，Ｎａ2Ａｌ22Ｏ34，ＮａＦｅＯ2，Ｎａ4ＳｉＯ
4，Ｋ2ＳｉＯ3，Ｋ2ＴｉＯ3，Ｋ2ＷＯ4，Ｒｂ2Ｃｒ
Ｏ4，ＣＳ2ＣｒＯ4，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＭｇＦｅ2Ｏ4，Ｍ
ｇＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＣａＷＯ4，ＣａＺｒＯ3，Ｓ
ｒＦｅ12Ｏ19，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＺｒＯ3，ＢａＡｌ2
Ｏ4，ＢａＦｅ12Ｏ19，ＢａＴｉＯ3，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12，Ｙ
3Ｆｅ5Ｏ12，ＬａＦｅＯ3，Ｌａ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｌａ2Ｔｉ
2Ｏ7，ＣｅＳｎＯ4，ＣｅＴｉＯ4，Ｓｍ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｅ
ｕＦｅＯ3，Ｅｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＧｄＦｅＯ3，Ｇｄ3Ｆｅ5
Ｏ12，ＤｙＦｅＯ3，Ｄｙ3Ｆｅ5Ｏ12，ＨｏＦｅＯ3，Ｈ
ｏ3Ｆｅ5Ｏ12，ＥｒＦｅＯ3，Ｅｒ3Ｆｅ5Ｏ 12，Ｔｍ3Ｆ
ｅ5Ｏ12，ＬｕＦｅＯ3，Ｌｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＮｉＴｉ
Ｏ3，Ａｌ2ＴｉＯ3，ＦｅＴｉＯ3，ＢａＺｒＯ3，Ｌｉ
ＺｒＯ3，ＭｇＺｒＯ3，ＨｆＴｉＯ4，ＮＨ4ＶＯ3，Ａ
ｇＶＯ3，ＬｉＶＯ3，ＢａＮｂ2Ｏ6，ＮａＮｂＯ3，Ｓ
ｒＮｂ2Ｏ6，ＫＴａＯ3，ＮａＴａＯ3，ＳｒＴａ2Ｏ6，
ＣｕＣｒ2Ｏ4，Ａｇ2ＣｒＯ4，ＢａＣｒＯ4，Ｋ2ＭｏＯ
4，Ｎａ2ＭｏＯ4，ＮｉＭｏＯ4，ＢａＷＯ4，Ｎａ2ＷＯ
4，ＳｒＷＯ4，ＭｎＣｒ2Ｏ4，ＭｎＦｅ2Ｏ4，ＭｎＴｉ
Ｏ3，ＭｎＷＯ4，ＣｏＦｅ2Ｏ4，ＺｎＦｅ2Ｏ4，ＦｅＷ
Ｏ4，ＣｏＭｏＯ4，ＣｏＴｉＯ3，ＣｏＷＯ4，ＮｉＦｅ
2Ｏ4，ＮｉＷＯ4，ＣｕＦｅ2Ｏ4，ＣｕＭｏＯ4，ＣｕＴ
ｉＯ3，ＣｕＷＯ4，Ａｇ2ＭｏＯ4，Ａｇ2ＷＯ4，ＺｎＡ
ｌ2Ｏ4，ＺｎＭｏＯ4，ＺｎＷＯ4，ＣｄＳｎＯ3，Ｃｄ
ＴｉＯ3，ＣｄＭｏＯ4，ＣｄＷＯ4，ＮａＡｌＯ2，Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4，ＳｒＡｌ2Ｏ4，Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12，ＩｎＦｅＯ
3，ＭｇＩｎ2Ｏ4，Ａｌ2ＴｉＯ5，ＦｅＴｉＯ3，ＭｇＴ
ｉＯ3，Ｎａ2ＳｉＯ3，ＣａＳｉＯ3，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ2
ＧｅＯ3，Ｌｉ2ＧｅＯ3，Ｎａ2ＧｅＯ3，Ｂｉ2Ｓｎ
3Ｏ9，ＭｇＳｎＯ3，ＳｒＳｎＯ3，ＰｂＳｉＯ3，Ｐｂ
ＭｏＯ4，ＰｂＴｉＯ3，ＳｎＯ2−Ｓｂ2Ｏ3，ＣｕＳｅ
Ｏ4，Ｎａ2ＳｅＯ3，ＺｎＳｅＯ3，Ｋ2ＴｅＯ3，Ｋ2Ｔ
ｅＯ4，Ｎａ2ＴｅＯ3，Ｎａ2ＴｅＯ4などの金属複合酸
化物、ＦｅＳ，Ａｌ2Ｓ3，ＭｇＳ，ＺｎＳなどの硫化
物、ＬｉＦ，ＭｇＦ2，ＳｍＦ3などのフッ化物、ＨｇＣ
ｌ，ＦｅＣｌ2，ＣｒＣｌ3などの塩化物、ＡｇＢｒ，Ｃ
ｕＢｒ，ＭｎＢｒ2などの臭化物、ＰｂＩ2，ＣｕＩ，Ｆ
ｅＩ2などのヨウ化物、又は、ＳｉＡｌＯＮなどの金属
酸化窒化物でも絶縁体層１３の誘電体材料として有効で
ある。
ＴｉＯ3，Ｎａ2Ａｌ22Ｏ34，ＮａＦｅＯ2，Ｎａ4ＳｉＯ
4，Ｋ2ＳｉＯ3，Ｋ2ＴｉＯ3，Ｋ2ＷＯ4，Ｒｂ2Ｃｒ
Ｏ4，ＣＳ2ＣｒＯ4，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＭｇＦｅ2Ｏ4，Ｍ
ｇＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＣａＷＯ4，ＣａＺｒＯ3，Ｓ
ｒＦｅ12Ｏ19，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＺｒＯ3，ＢａＡｌ2
Ｏ4，ＢａＦｅ12Ｏ19，ＢａＴｉＯ3，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12，Ｙ
3Ｆｅ5Ｏ12，ＬａＦｅＯ3，Ｌａ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｌａ2Ｔｉ
2Ｏ7，ＣｅＳｎＯ4，ＣｅＴｉＯ4，Ｓｍ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｅ
ｕＦｅＯ3，Ｅｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＧｄＦｅＯ3，Ｇｄ3Ｆｅ5
Ｏ12，ＤｙＦｅＯ3，Ｄｙ3Ｆｅ5Ｏ12，ＨｏＦｅＯ3，Ｈ
ｏ3Ｆｅ5Ｏ12，ＥｒＦｅＯ3，Ｅｒ3Ｆｅ5Ｏ 12，Ｔｍ3Ｆ
ｅ5Ｏ12，ＬｕＦｅＯ3，Ｌｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＮｉＴｉ
Ｏ3，Ａｌ2ＴｉＯ3，ＦｅＴｉＯ3，ＢａＺｒＯ3，Ｌｉ
ＺｒＯ3，ＭｇＺｒＯ3，ＨｆＴｉＯ4，ＮＨ4ＶＯ3，Ａ
ｇＶＯ3，ＬｉＶＯ3，ＢａＮｂ2Ｏ6，ＮａＮｂＯ3，Ｓ
ｒＮｂ2Ｏ6，ＫＴａＯ3，ＮａＴａＯ3，ＳｒＴａ2Ｏ6，
ＣｕＣｒ2Ｏ4，Ａｇ2ＣｒＯ4，ＢａＣｒＯ4，Ｋ2ＭｏＯ
4，Ｎａ2ＭｏＯ4，ＮｉＭｏＯ4，ＢａＷＯ4，Ｎａ2ＷＯ
4，ＳｒＷＯ4，ＭｎＣｒ2Ｏ4，ＭｎＦｅ2Ｏ4，ＭｎＴｉ
Ｏ3，ＭｎＷＯ4，ＣｏＦｅ2Ｏ4，ＺｎＦｅ2Ｏ4，ＦｅＷ
Ｏ4，ＣｏＭｏＯ4，ＣｏＴｉＯ3，ＣｏＷＯ4，ＮｉＦｅ
2Ｏ4，ＮｉＷＯ4，ＣｕＦｅ2Ｏ4，ＣｕＭｏＯ4，ＣｕＴ
ｉＯ3，ＣｕＷＯ4，Ａｇ2ＭｏＯ4，Ａｇ2ＷＯ4，ＺｎＡ
ｌ2Ｏ4，ＺｎＭｏＯ4，ＺｎＷＯ4，ＣｄＳｎＯ3，Ｃｄ
ＴｉＯ3，ＣｄＭｏＯ4，ＣｄＷＯ4，ＮａＡｌＯ2，Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4，ＳｒＡｌ2Ｏ4，Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12，ＩｎＦｅＯ
3，ＭｇＩｎ2Ｏ4，Ａｌ2ＴｉＯ5，ＦｅＴｉＯ3，ＭｇＴ
ｉＯ3，Ｎａ2ＳｉＯ3，ＣａＳｉＯ3，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ2
ＧｅＯ3，Ｌｉ2ＧｅＯ3，Ｎａ2ＧｅＯ3，Ｂｉ2Ｓｎ
3Ｏ9，ＭｇＳｎＯ3，ＳｒＳｎＯ3，ＰｂＳｉＯ3，Ｐｂ
ＭｏＯ4，ＰｂＴｉＯ3，ＳｎＯ2−Ｓｂ2Ｏ3，ＣｕＳｅ
Ｏ4，Ｎａ2ＳｅＯ3，ＺｎＳｅＯ3，Ｋ2ＴｅＯ3，Ｋ2Ｔ
ｅＯ4，Ｎａ2ＴｅＯ3，Ｎａ2ＴｅＯ4などの金属複合酸
化物、ＦｅＳ，Ａｌ2Ｓ3，ＭｇＳ，ＺｎＳなどの硫化
物、ＬｉＦ，ＭｇＦ2，ＳｍＦ3などのフッ化物、ＨｇＣ
ｌ，ＦｅＣｌ2，ＣｒＣｌ3などの塩化物、ＡｇＢｒ，Ｃ
ｕＢｒ，ＭｎＢｒ2などの臭化物、ＰｂＩ2，ＣｕＩ，Ｆ
ｅＩ2などのヨウ化物、又は、ＳｉＡｌＯＮなどの金属
酸化窒化物でも絶縁体層１３の誘電体材料として有効で
ある。
【００３９】さらに、絶縁体層１３の誘電体材料として
ダイヤモンド，フラーレン(C2n)などの炭素、或いは、
Ａｌ4Ｃ3，Ｂ4Ｃ，ＣａＣ2，Ｃｒ3Ｃ2，Ｍｏ2Ｃ，Ｍｏ
Ｃ，ＮｂＣ，ＳｉＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，ＶＣ，Ｗ2Ｃ，
ＷＣ，ＺｒＣなどの金属炭化物も有効である。なお、フ
ラーレン（Ｃ2n）は炭素原子だけからなりＣ60に代表さ
れる球面籠状分子でＣ32〜Ｃ960などがあり、また、上
式中、Ｏx，Ｎxのｘは原子比を表す。
ダイヤモンド，フラーレン(C2n)などの炭素、或いは、
Ａｌ4Ｃ3，Ｂ4Ｃ，ＣａＣ2，Ｃｒ3Ｃ2，Ｍｏ2Ｃ，Ｍｏ
Ｃ，ＮｂＣ，ＳｉＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，ＶＣ，Ｗ2Ｃ，
ＷＣ，ＺｒＣなどの金属炭化物も有効である。なお、フ
ラーレン（Ｃ2n）は炭素原子だけからなりＣ60に代表さ
れる球面籠状分子でＣ32〜Ｃ960などがあり、また、上
式中、Ｏx，Ｎxのｘは原子比を表す。
【００４０】絶縁体層の島状領域１４以外の平坦部分の
厚さは、５０ｎｍ以上、好ましくは１００〜１０００ｎ
ｍ程度である。電子放出側の金属薄膜電極１５の材料と
してはＰｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒなどの金属が有効で
あるが、Ｂｅ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得
る。
厚さは、５０ｎｍ以上、好ましくは１００〜１０００ｎ
ｍ程度である。電子放出側の金属薄膜電極１５の材料と
してはＰｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒなどの金属が有効で
あるが、Ｂｅ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得
る。
【００４１】またこれらの電子放出素子製造における成
膜法としては物理堆積法又は化学堆積法が用いられる。
物理堆積法はＰＶＤ（physical vapor deposition）法
として知られ、これには真空蒸着法、分子線エピタキシ
ー（molecular beam epitaxy）法、スパッタリング法、
イオン化蒸着法、レーザアブレーション法などがある。
化学堆積法はＣＶＤ（chemical vapor deposition）法
として知られ、これには熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、ＭＯＣＶＤ（metal-organic chemical vapordeposi
tion）法などがある。これらの中で、スパッタリング法
が特に有効である。
膜法としては物理堆積法又は化学堆積法が用いられる。
物理堆積法はＰＶＤ（physical vapor deposition）法
として知られ、これには真空蒸着法、分子線エピタキシ
ー（molecular beam epitaxy）法、スパッタリング法、
イオン化蒸着法、レーザアブレーション法などがある。
化学堆積法はＣＶＤ（chemical vapor deposition）法
として知られ、これには熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、ＭＯＣＶＤ（metal-organic chemical vapordeposi
tion）法などがある。これらの中で、スパッタリング法
が特に有効である。
【００４２】具体的に、ＳｉにＢ（ボロン）を添加した
電子供給層を用い、本発明による電子放出素子を作製
し、それらの特性を調べた。まず、清浄に洗浄した平滑
なガラス基板を充分に乾燥させ背面基板とし、その一方
の面に、窒素を導入した反応スパッタリング法によりＴ
ｉＮのオーミック電極を厚さ２２０ｎｍ、その上にＢを
０．１５ａｔｍ％の割合で添加したＳｉの電子供給層を
５０００ｎｍ成膜した電子供給層基板を複数作製した。
電子供給層を用い、本発明による電子放出素子を作製
し、それらの特性を調べた。まず、清浄に洗浄した平滑
なガラス基板を充分に乾燥させ背面基板とし、その一方
の面に、窒素を導入した反応スパッタリング法によりＴ
ｉＮのオーミック電極を厚さ２２０ｎｍ、その上にＢを
０．１５ａｔｍ％の割合で添加したＳｉの電子供給層を
５０００ｎｍ成膜した電子供給層基板を複数作製した。
【００４３】第１実施例として、図５に示すように、電
子供給層基板の電子供給層上に微粒子を散布した微粒子
散布基板を作製した。本実施例では微粒子直径は１．０
μｍの真球状微粒子（以下、単にスペーサともいう）を
用いた。微粒子材質はＳｉＯ 2で、粒径の粒子径分布範
囲は非常に小さいものであった。微粒子の散布には液晶
表示素子のスペーサ散布と同じ公知の方法を用いた。散
布方法に湿式と乾式があるが、本素子では湿式法で散布
した。
子供給層基板の電子供給層上に微粒子を散布した微粒子
散布基板を作製した。本実施例では微粒子直径は１．０
μｍの真球状微粒子（以下、単にスペーサともいう）を
用いた。微粒子材質はＳｉＯ 2で、粒径の粒子径分布範
囲は非常に小さいものであった。微粒子の散布には液晶
表示素子のスペーサ散布と同じ公知の方法を用いた。散
布方法に湿式と乾式があるが、本素子では湿式法で散布
した。
【００４４】球状微粒子をエチルアルコールに分散さ
せ、凝集しない様に充分攪拌した。この分散液を上記の
Ｓｉ電子供給層上にスピンコート法で塗布し、その後、
エチルアルコールを除去した。これによってＳｉ電子供
給層上に球状微粒子が均一に塗布された。微粒子のＳｉ
電子供給層上での分布密度は略１４０（個／ｍｍ2）で
あった。このようして、微粒子付き凹部島領域を有する
微粒子散布基板を複数作製した。
せ、凝集しない様に充分攪拌した。この分散液を上記の
Ｓｉ電子供給層上にスピンコート法で塗布し、その後、
エチルアルコールを除去した。これによってＳｉ電子供
給層上に球状微粒子が均一に塗布された。微粒子のＳｉ
電子供給層上での分布密度は略１４０（個／ｍｍ2）で
あった。このようして、微粒子付き凹部島領域を有する
微粒子散布基板を複数作製した。
【００４５】また、第２実施例として、図６に示すよう
に、予備絶縁体層を介して微粒子と電子供給層とを離間
させた微粒子散布基板を作製するために、微粒子散布工
程の直前にＳｉＯ2の予備絶縁体層を５０ｎｍの膜厚で
予めスパッタして形成した以外、上記第１実施例と同様
な構成の予備絶縁体層付きの微粒子散布基板を複数作製
した。
に、予備絶縁体層を介して微粒子と電子供給層とを離間
させた微粒子散布基板を作製するために、微粒子散布工
程の直前にＳｉＯ2の予備絶縁体層を５０ｎｍの膜厚で
予めスパッタして形成した以外、上記第１実施例と同様
な構成の予備絶縁体層付きの微粒子散布基板を複数作製
した。
【００４６】さらにまた、第３実施例として、図８に示
すように、上記の電子供給層基板の電子供給層上に逆テ
ーパーブロックを形成したブロック基板を複数作製し
た。逆テーパーブロック材料のレジストにノボラック系
フォトレジストを用いた。レジストの塗布には、広く一
般に用いられている手法であるスピンコート法を用い
た。レジストを塗布後、フォトマスクを用いプリベー
ク、露光、ポストベーク、現像の工程を経て、Ｓｉ電子
供給層上に所望のレジストパターンを形成する。このと
き形成するパターンの形状は任意であるが、後に成膜す
る絶縁体層に完全に埋没しないだけのＳｉ電子供給層か
らの高さを必要とする。本実施例では、レジストからな
る幅５０００ｎｍ、高さ４０００ｎｍのライン構造の逆
テーパーブロック又は直径２．０μｍ、高さ４０００ｎ
ｍの円柱構造の逆テーパブロックをＳｉ電子供給層上に
作成した。今回用いたレジストの逆テーパーブロック
（以下、単にレジストともいう）は横断面が逆テーパー
形状となるものであるが、テーパー角度は任意であり、
またテーパーがかかっていなくとも良い。このようし
て、レジスト付きのブロック基板を複数作製した。
すように、上記の電子供給層基板の電子供給層上に逆テ
ーパーブロックを形成したブロック基板を複数作製し
た。逆テーパーブロック材料のレジストにノボラック系
フォトレジストを用いた。レジストの塗布には、広く一
般に用いられている手法であるスピンコート法を用い
た。レジストを塗布後、フォトマスクを用いプリベー
ク、露光、ポストベーク、現像の工程を経て、Ｓｉ電子
供給層上に所望のレジストパターンを形成する。このと
き形成するパターンの形状は任意であるが、後に成膜す
る絶縁体層に完全に埋没しないだけのＳｉ電子供給層か
らの高さを必要とする。本実施例では、レジストからな
る幅５０００ｎｍ、高さ４０００ｎｍのライン構造の逆
テーパーブロック又は直径２．０μｍ、高さ４０００ｎ
ｍの円柱構造の逆テーパブロックをＳｉ電子供給層上に
作成した。今回用いたレジストの逆テーパーブロック
（以下、単にレジストともいう）は横断面が逆テーパー
形状となるものであるが、テーパー角度は任意であり、
またテーパーがかかっていなくとも良い。このようし
て、レジスト付きのブロック基板を複数作製した。
【００４７】次に、第１〜第３それぞれの素子基板の電
子供給層上に、酸素を導入した反応スパッタリング法に
よって、ＳｉＯ2の絶縁体層を３３０ｎｍ成膜した。こ
のとき、球状微粒子及び逆テーパーブロックの突出形状
は表面に露出している。もちろん微粒子及び逆テーパー
ブロックの表面上にＳｉＯ2は成膜されていた。微粒子
及び逆テーパーブロックとＳｉ電子供給層とが接してい
る近傍（粒界）は、オーバーハング部の“影”になるの
で、スパッタリングガスの“まわりこみ”によって成膜
されるが、絶縁体層の膜厚は接触領域に向かって徐々に
薄くなっていた。
子供給層上に、酸素を導入した反応スパッタリング法に
よって、ＳｉＯ2の絶縁体層を３３０ｎｍ成膜した。こ
のとき、球状微粒子及び逆テーパーブロックの突出形状
は表面に露出している。もちろん微粒子及び逆テーパー
ブロックの表面上にＳｉＯ2は成膜されていた。微粒子
及び逆テーパーブロックとＳｉ電子供給層とが接してい
る近傍（粒界）は、オーバーハング部の“影”になるの
で、スパッタリングガスの“まわりこみ”によって成膜
されるが、絶縁体層の膜厚は接触領域に向かって徐々に
薄くなっていた。
【００４８】次に、金属薄膜電極のパターンのマスクを
ＳｉＯ2絶縁体層上に取り付け、Ｐｔあるいは、Ａｕの
薄膜をスパッタリング法で１０ｎｍ成膜して、電子放出
素子の素子基板を複数作製した。この時、絶縁体層を表
面処理せずに金属薄膜電極薄膜を成膜してもよいが、絶
縁体層表面をスパッタエッチングしてから、電極膜を成
膜してもよい。スパッタエッチングによって、微粒子と
絶縁体（又はレジストと絶縁体）の境界部分のエッチン
グや改質を行い、金属薄膜電極成膜時に電極材料がより
効果的に微粒子と絶縁体（又はレジストと絶縁体）の境
界部分にまわりこむため、電子放出がより効果的に起こ
るからである。なお、スパッタエッチングを行うと素子
表面に微粒子の形状を反映したリング状の痕跡が残る。
（又は、レジストパターンを反映したリングあるいはラ
イン状の痕跡が残る。）本実施例ではすべて、スパッタ
エッチングを行ってから、上部の金属薄膜電極の成膜を
行った。
ＳｉＯ2絶縁体層上に取り付け、Ｐｔあるいは、Ａｕの
薄膜をスパッタリング法で１０ｎｍ成膜して、電子放出
素子の素子基板を複数作製した。この時、絶縁体層を表
面処理せずに金属薄膜電極薄膜を成膜してもよいが、絶
縁体層表面をスパッタエッチングしてから、電極膜を成
膜してもよい。スパッタエッチングによって、微粒子と
絶縁体（又はレジストと絶縁体）の境界部分のエッチン
グや改質を行い、金属薄膜電極成膜時に電極材料がより
効果的に微粒子と絶縁体（又はレジストと絶縁体）の境
界部分にまわりこむため、電子放出がより効果的に起こ
るからである。なお、スパッタエッチングを行うと素子
表面に微粒子の形状を反映したリング状の痕跡が残る。
（又は、レジストパターンを反映したリングあるいはラ
イン状の痕跡が残る。）本実施例ではすべて、スパッタ
エッチングを行ってから、上部の金属薄膜電極の成膜を
行った。
【００４９】さらに、第４実施例として、図１に示すよ
うに、上記第１実施例の微粒子分散基板から付着してい
る分散微粒子を除去した微粒子無しの凹部島領域のみの
電子放出素子Ｓの素子基板を複数作製した。第４実施例
は、上記第１実施例における微粒子付き電子放出素子基
板から、水、アセトン、エタノール、メタノール及びイ
ソプロピルアルコールなどを用いた超音波洗浄によっ
て、分散微粒子及びレジストパターンを除去した以外、
第１実施例と同一工程で作製されたものである。
うに、上記第１実施例の微粒子分散基板から付着してい
る分散微粒子を除去した微粒子無しの凹部島領域のみの
電子放出素子Ｓの素子基板を複数作製した。第４実施例
は、上記第１実施例における微粒子付き電子放出素子基
板から、水、アセトン、エタノール、メタノール及びイ
ソプロピルアルコールなどを用いた超音波洗浄によっ
て、分散微粒子及びレジストパターンを除去した以外、
第１実施例と同一工程で作製されたものである。
【００５０】さらにまた、第５実施例として、図７に示
すように、上記第３実施例のブロック基板からレジスト
を除去した凹部及び溝のみの電子放出素子Ｓの素子基板
を複数作製した。第５実施例は、上記第３実施例におけ
るレジスト付き電子放出素子のブロック基板から、水、
アセトン、エタノール、メタノール及びイソプロピルア
ルコールなどを用いた超音波洗浄によって、レジストパ
ターンを除去した以外、第３実施例と同一工程で作製さ
れたものである。
すように、上記第３実施例のブロック基板からレジスト
を除去した凹部及び溝のみの電子放出素子Ｓの素子基板
を複数作製した。第５実施例は、上記第３実施例におけ
るレジスト付き電子放出素子のブロック基板から、水、
アセトン、エタノール、メタノール及びイソプロピルア
ルコールなどを用いた超音波洗浄によって、レジストパ
ターンを除去した以外、第３実施例と同一工程で作製さ
れたものである。
【００５１】また、比較例として、分散微粒子及びレジ
ストを設けないこと以外、電子供給層基板から上記実施
例と同様の手順で形成した凹部及び溝なしの電子放出素
子の素子基板を複数作製した。一方、透明ガラス基板１
の内面にＩＴＯコレクタ電極及び蛍光体層を形成した透
明基板を作成した。
ストを設けないこと以外、電子供給層基板から上記実施
例と同様の手順で形成した凹部及び溝なしの電子放出素
子の素子基板を複数作製した。一方、透明ガラス基板１
の内面にＩＴＯコレクタ電極及び蛍光体層を形成した透
明基板を作成した。
【００５２】これら上記の各種素子基板及び透明基板
を、金属薄膜電極及びコレクタ電極が向かい合うように
平行に５ｍｍ離間してスペーサにより保持し、間隙を１
０-7Ｔｏｒｒ又は１０-5Ｐａの真空になし、電子放出素
子を組立て、作製した。作製した素子について、金属薄
膜電極及びオーミック電極の間に素子電圧Ｖｐｓとして
０〜１２０Ｖ印加して、各素子のダイオード電流Ｉｄ及
び放出電流Ｉｅを測定した。その結果を、下記の表１に
示す。表中、素子構造は、上記実施例に対応した、オー
ミック電極材料／電子供給層材料／島領域／絶縁体層材
料／金属薄膜電極材料の順に示す。
を、金属薄膜電極及びコレクタ電極が向かい合うように
平行に５ｍｍ離間してスペーサにより保持し、間隙を１
０-7Ｔｏｒｒ又は１０-5Ｐａの真空になし、電子放出素
子を組立て、作製した。作製した素子について、金属薄
膜電極及びオーミック電極の間に素子電圧Ｖｐｓとして
０〜１２０Ｖ印加して、各素子のダイオード電流Ｉｄ及
び放出電流Ｉｅを測定した。その結果を、下記の表１に
示す。表中、素子構造は、上記実施例に対応した、オー
ミック電極材料／電子供給層材料／島領域／絶縁体層材
料／金属薄膜電極材料の順に示す。
【００５３】
【表１】
表１に示すように、いずれの凹部島状領域を有する電子
放出素子は放出電流が得られていることがわかる。とく
に、第１実施例のＴｉN／Ｓｉ+Ｂ／スペーサ／ＳｉＯ2
／（Ｐｔ又はＡｕ）の積層構造の素子が、比較例に比し
て放出電流が著しく増加していることが確認された。
放出素子は放出電流が得られていることがわかる。とく
に、第１実施例のＴｉN／Ｓｉ+Ｂ／スペーサ／ＳｉＯ2
／（Ｐｔ又はＡｕ）の積層構造の素子が、比較例に比し
て放出電流が著しく増加していることが確認された。
【００５４】Ｐｔ電極を成膜した第１実施例の電子放出
素子及び比較例について、素子電圧Ｖｐｓの０から９０
Ｖ印加したときの電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及
び放出電流Ｉｅの変化を図１１及び図１２にそれぞれ示
す。これらの図から凹部島状領域を有する電子放出素子
は放出電流Ｉｅについて、比較例に比して２桁も高い特
性が得られ、放出電流が著しく増加していることが分か
る。この実施例の最大放出電流は６．９×１０-3Ａ／cm
2であり、比較例では１．２×１０-5Ａ／cm2であった。
また凹部島状領域は平方ミリメートルあたり略１４０個
あることから計算すると、凹部島状領域1ヶ所から平均
して５．０×１０-7Ａの電子放出が得られている。ま
た、凹部島状領域を有する電子放出素子は比較例に比し
て、非常に変動の少ない安定した放出電流Ｉｅ及びダイ
オ−ド電流Ｉｄが得られていることが分かる。
素子及び比較例について、素子電圧Ｖｐｓの０から９０
Ｖ印加したときの電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及
び放出電流Ｉｅの変化を図１１及び図１２にそれぞれ示
す。これらの図から凹部島状領域を有する電子放出素子
は放出電流Ｉｅについて、比較例に比して２桁も高い特
性が得られ、放出電流が著しく増加していることが分か
る。この実施例の最大放出電流は６．９×１０-3Ａ／cm
2であり、比較例では１．２×１０-5Ａ／cm2であった。
また凹部島状領域は平方ミリメートルあたり略１４０個
あることから計算すると、凹部島状領域1ヶ所から平均
して５．０×１０-7Ａの電子放出が得られている。ま
た、凹部島状領域を有する電子放出素子は比較例に比し
て、非常に変動の少ない安定した放出電流Ｉｅ及びダイ
オ−ド電流Ｉｄが得られていることが分かる。
【００５５】また、上記実施例の条件で絶縁体層の全体
厚５０ｎｍ以上の５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の膜厚
を有する素子を作製し、それらの絶縁体層膜厚に対する
電子放出効率Ｉｅ／（Ｉｅ＋Ｉｄ）×１００（％）の変
化において、 200Ｖ以下の電圧を加えることにより、放
出効率を測定した。その結果、絶縁体層の全体厚５０ｎ
ｍ以上の５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の膜厚を有する
素子で、０．１％以上の放出効率が得られることも確認
された。
厚５０ｎｍ以上の５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の膜厚
を有する素子を作製し、それらの絶縁体層膜厚に対する
電子放出効率Ｉｅ／（Ｉｅ＋Ｉｄ）×１００（％）の変
化において、 200Ｖ以下の電圧を加えることにより、放
出効率を測定した。その結果、絶縁体層の全体厚５０ｎ
ｍ以上の５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の膜厚を有する
素子で、０．１％以上の放出効率が得られることも確認
された。
【００５６】また、Ｂを添加しないＳｉ電子供給層単独
の電子放出素子も同様に上記実施例と同様の効果を奏す
る。さらに、上記実施例においては、絶縁体層及び金属
薄膜電極には、それらの膜厚がその中央に向け共に漸次
減少する凹部又は溝状の島領域が形成されている電子放
出素子を説明しているが、かかる島領域における絶縁体
層及び金属薄膜電極の膜厚がその中央から離れて共に漸
次減少するものであってもよい。例えば、更なる実施例
として、図１３に示すように、絶縁体層１３及び金属薄
膜電極１５の膜厚が遮蔽壁２０ａに向け共に漸次減少す
る島領域１４を、溝凹部の側壁の片側に形成することも
できる。
の電子放出素子も同様に上記実施例と同様の効果を奏す
る。さらに、上記実施例においては、絶縁体層及び金属
薄膜電極には、それらの膜厚がその中央に向け共に漸次
減少する凹部又は溝状の島領域が形成されている電子放
出素子を説明しているが、かかる島領域における絶縁体
層及び金属薄膜電極の膜厚がその中央から離れて共に漸
次減少するものであってもよい。例えば、更なる実施例
として、図１３に示すように、絶縁体層１３及び金属薄
膜電極１５の膜厚が遮蔽壁２０ａに向け共に漸次減少す
る島領域１４を、溝凹部の側壁の片側に形成することも
できる。
【００５７】図１３に示すかかる溝凹部である島領域１
４は、次のように形成できる。まず、オーミック電極１
１及び電子供給層１２が順に形成された基板１０上に、
図８に示すライン状テーパーブロック２１ａと同様に、
レジストなどからなる遮蔽壁２０ａを形成する。次に、
スパッタリング法などにより絶縁体層１３を形成する。
絶縁体層のスパッタリングの際に、スパッタされた絶縁
体材料の流れの方向に対して基板１０の電子供給層１２
の面を傾斜して配置することにより、遮蔽壁２０ａの一
方側に絶縁体材料の堆積量が低い部分、絶縁体層膜厚が
遮蔽壁２０ａに向け漸次減少する部分を絶縁体層１３に
形成する。次に、スパッタされた金属薄膜電極材料の流
れの方向に対して基板１０の絶縁体層１３面を傾斜して
配置することにより、遮蔽壁２０ａの一方側に金属薄膜
電極材料の堆積量が低い部分、金属薄膜電極膜厚が遮蔽
壁２０ａに向け漸次減少する部分を金属薄膜電極１５に
形成する。これらの絶縁体層及び金属薄膜電極の傾斜ス
パッタリングにおいて、スパッタされた絶縁体層材料の
流れの基板への入射角θに対して、スパッタされた金属
薄膜電極材料の流れの基板への入射角θ’を大きくする
ように、スパッタリング装置において基板１０の角度を
設定すれば、島領域１４においては、金属薄膜電極１５
が絶縁体層１３上の縁部Aで終端する構造が形成でき
る。なお、島領域１４における絶縁体層１３は電子供給
層１２上の縁部Ｂで終端している。また、遮蔽壁２０ａ
及びその上の堆積物をエッチングなどにより除去し、電
子供給層１２が露出した構造とすることもできる。
４は、次のように形成できる。まず、オーミック電極１
１及び電子供給層１２が順に形成された基板１０上に、
図８に示すライン状テーパーブロック２１ａと同様に、
レジストなどからなる遮蔽壁２０ａを形成する。次に、
スパッタリング法などにより絶縁体層１３を形成する。
絶縁体層のスパッタリングの際に、スパッタされた絶縁
体材料の流れの方向に対して基板１０の電子供給層１２
の面を傾斜して配置することにより、遮蔽壁２０ａの一
方側に絶縁体材料の堆積量が低い部分、絶縁体層膜厚が
遮蔽壁２０ａに向け漸次減少する部分を絶縁体層１３に
形成する。次に、スパッタされた金属薄膜電極材料の流
れの方向に対して基板１０の絶縁体層１３面を傾斜して
配置することにより、遮蔽壁２０ａの一方側に金属薄膜
電極材料の堆積量が低い部分、金属薄膜電極膜厚が遮蔽
壁２０ａに向け漸次減少する部分を金属薄膜電極１５に
形成する。これらの絶縁体層及び金属薄膜電極の傾斜ス
パッタリングにおいて、スパッタされた絶縁体層材料の
流れの基板への入射角θに対して、スパッタされた金属
薄膜電極材料の流れの基板への入射角θ’を大きくする
ように、スパッタリング装置において基板１０の角度を
設定すれば、島領域１４においては、金属薄膜電極１５
が絶縁体層１３上の縁部Aで終端する構造が形成でき
る。なお、島領域１４における絶縁体層１３は電子供給
層１２上の縁部Ｂで終端している。また、遮蔽壁２０ａ
及びその上の堆積物をエッチングなどにより除去し、電
子供給層１２が露出した構造とすることもできる。
【００５８】またさらに、上記実施例においては島領域
が凹部として形成されているが、島領域は平坦又は凸部
として絶縁体層及び金属薄膜電極の膜厚が漸次減少する
構造とすることができる。例えば、更なる実施例とし
て、図１４に示すように、絶縁体層１３及び金属薄膜電
極１５の膜厚が電子供給層１２の山部１２ａの頂上に向
け共に漸次減少する平坦又は凸部の島領域１４を形成す
ることもできる。この平坦又は凸部の島領域１４はフォ
トリソグラフィ及びエッチングなどによって形成され
る。電子供給層１２の山部１２ａは山脈として連なって
いても良いが、独立した凹部として点在させて形成して
もよい。この場合においても、島領域１４における金属
薄膜電極１５が絶縁体層１３上の縁部Aで、絶縁体層１
３が電子供給層１２上の縁部Ｂで終端している。また、
電子供給層１２の山部１２ａの頂上に絶縁体層１３を覆
い電子供給層１２を被覆した構造とすることもできる。
が凹部として形成されているが、島領域は平坦又は凸部
として絶縁体層及び金属薄膜電極の膜厚が漸次減少する
構造とすることができる。例えば、更なる実施例とし
て、図１４に示すように、絶縁体層１３及び金属薄膜電
極１５の膜厚が電子供給層１２の山部１２ａの頂上に向
け共に漸次減少する平坦又は凸部の島領域１４を形成す
ることもできる。この平坦又は凸部の島領域１４はフォ
トリソグラフィ及びエッチングなどによって形成され
る。電子供給層１２の山部１２ａは山脈として連なって
いても良いが、独立した凹部として点在させて形成して
もよい。この場合においても、島領域１４における金属
薄膜電極１５が絶縁体層１３上の縁部Aで、絶縁体層１
３が電子供給層１２上の縁部Ｂで終端している。また、
電子供給層１２の山部１２ａの頂上に絶縁体層１３を覆
い電子供給層１２を被覆した構造とすることもできる。
【００５９】図１５は、実施例の電子放出素子を適用し
たフラットパネルディスプレイ装置を示す。背面基板１
０の真空空間４側内面には、それぞれ平行に伸長する複
数のオーミック電極１１が形成されている。オーミック
電極１１は、カラーディスプレイパネルとするために
赤、緑、青のＲ，Ｇ，Ｂ色信号に応じて３本１組となっ
ており、それぞれに所定信号が印加される。共通のオー
ミック電極１１に沿って電子放出素子Ｓの複数が配置さ
れている。それぞれが平行に伸長する複数のバスライン
１６は、隣接する素子の金属薄膜電極１５の一部上に、
これらを電気的に接続するために形成され、オーミック
電極１１に垂直に伸長して架設されている。オーミック
電極１１及びバス電極１６の交点が電子放出素子Ｓに対
応する。よって、本発明の表示装置の駆動方式としては
単純マトリクス方式またはアクティブマトリクス方式が
適用できる。
たフラットパネルディスプレイ装置を示す。背面基板１
０の真空空間４側内面には、それぞれ平行に伸長する複
数のオーミック電極１１が形成されている。オーミック
電極１１は、カラーディスプレイパネルとするために
赤、緑、青のＲ，Ｇ，Ｂ色信号に応じて３本１組となっ
ており、それぞれに所定信号が印加される。共通のオー
ミック電極１１に沿って電子放出素子Ｓの複数が配置さ
れている。それぞれが平行に伸長する複数のバスライン
１６は、隣接する素子の金属薄膜電極１５の一部上に、
これらを電気的に接続するために形成され、オーミック
電極１１に垂直に伸長して架設されている。オーミック
電極１１及びバス電極１６の交点が電子放出素子Ｓに対
応する。よって、本発明の表示装置の駆動方式としては
単純マトリクス方式またはアクティブマトリクス方式が
適用できる。
【００６０】図１６に示すように、電子放出素子Ｓはオ
ーミック電極１１上に順に形成された電子供給層１２、
絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５からなる。この絶縁
体層１３及び金属薄膜電極１５は、ここでは図示しない
が図１，図５，図６〜図１０，図１３，図１４に示すよ
うに、それらの界面が延在する方向においてそれらの膜
厚が共に漸次減少する島領域の複数を均一に有してい
る。金属薄膜電極１５は真空空間４に面している。
ーミック電極１１上に順に形成された電子供給層１２、
絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５からなる。この絶縁
体層１３及び金属薄膜電極１５は、ここでは図示しない
が図１，図５，図６〜図１０，図１３，図１４に示すよ
うに、それらの界面が延在する方向においてそれらの膜
厚が共に漸次減少する島領域の複数を均一に有してい
る。金属薄膜電極１５は真空空間４に面している。
【００６１】特に、電子放出素子Ｓの各々を取り囲み複
数の電子放出領域に区画する絶縁性支持部１７が形成さ
れている。この絶縁性支持部１７はバス電極１６を支
え、断線を防止する。すなわち、図１６に示すように、
電子放出素子以外の周縁部にあらかじめ絶縁性支持部１
７、或いは電気抵抗の大きい物質を、その後の工程で電
子放出素子を形成した場合の最終的な厚さと同程度に成
膜しておくのである。
数の電子放出領域に区画する絶縁性支持部１７が形成さ
れている。この絶縁性支持部１７はバス電極１６を支
え、断線を防止する。すなわち、図１６に示すように、
電子放出素子以外の周縁部にあらかじめ絶縁性支持部１
７、或いは電気抵抗の大きい物質を、その後の工程で電
子放出素子を形成した場合の最終的な厚さと同程度に成
膜しておくのである。
【００６２】さらに、本実施例では、背面基板１０から
真空空間４へ突出するように絶縁性支持部１７上に背面
基板側の隔壁ＲＲが形成されている。隔壁ＲＲは所定間
隔で間隔を隔てて配置されている。図１５では、隔壁Ｒ
Ｒは電子放出素子Ｓの列毎にそれらの間に形成されてい
るが、隔壁ＲＲを、電子放出素子Ｓの例えば２，３個の
列毎の間に間隔をあけて形成してもよい。また、図１５
では、隔壁ＲＲはオーミック電極１１にほぼ垂直な方向
に連続して形成されているが、前面基板１側の第２隔壁
ＦＲに当接する部分を含む上部面積を残して間欠的に形
成してもよい。
真空空間４へ突出するように絶縁性支持部１７上に背面
基板側の隔壁ＲＲが形成されている。隔壁ＲＲは所定間
隔で間隔を隔てて配置されている。図１５では、隔壁Ｒ
Ｒは電子放出素子Ｓの列毎にそれらの間に形成されてい
るが、隔壁ＲＲを、電子放出素子Ｓの例えば２，３個の
列毎の間に間隔をあけて形成してもよい。また、図１５
では、隔壁ＲＲはオーミック電極１１にほぼ垂直な方向
に連続して形成されているが、前面基板１側の第２隔壁
ＦＲに当接する部分を含む上部面積を残して間欠的に形
成してもよい。
【００６３】更に、この隔壁ＲＲはその上底面積が、背
面基板と接する下底面積よりも大きく形成されることが
好ましい。すなわち、隔壁ＲＲはその上部に背面基板に
略平行な方向に突出するオーバーハング部を有するよう
に、形成されることが好ましい。更に、図１５では、背
面基板１０の金属薄膜電極１５上に設けられたバス電極
１６の形状が単純な直線状で形成されているが、バス電
極１６を直線状でなく、電子放出素子の金属薄膜電極１
５の間において、金属薄膜電極上における幅よりも大な
る幅を有するように、すなわち電子放出素子の間では素
子上よりも太くなるように形成することが好ましい。こ
れによって、バス電極の抵抗値を低減できる。
面基板と接する下底面積よりも大きく形成されることが
好ましい。すなわち、隔壁ＲＲはその上部に背面基板に
略平行な方向に突出するオーバーハング部を有するよう
に、形成されることが好ましい。更に、図１５では、背
面基板１０の金属薄膜電極１５上に設けられたバス電極
１６の形状が単純な直線状で形成されているが、バス電
極１６を直線状でなく、電子放出素子の金属薄膜電極１
５の間において、金属薄膜電極上における幅よりも大な
る幅を有するように、すなわち電子放出素子の間では素
子上よりも太くなるように形成することが好ましい。こ
れによって、バス電極の抵抗値を低減できる。
【００６４】オーミック電極１１は、その材料として
は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｗ等の一般にＩＣの配線に用い
られる材料やクロム、ニッケル、クロムの３層構造、Ａ
ｌとＮｄの合金、ＡｌとＭｏの合金、ＴｉとＮの合金も
用いられ得、その厚さは各素子にほぼ同電流を供給する
均一な厚さである。なお、図１５では図示しないが背面
基板１０及びオーミック電極１１間には、ＳｉＯx，Ｓ
ｉＮx，Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮなどの絶縁体からなインシュ
レータ層を形成してもよい。インシュレータ層はガラス
の背面基板１０から素子への悪影響（アルカリ成分など
に不純物の溶出や、基板面の凹凸など）を防ぐ働きをな
す。
は、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｗ等の一般にＩＣの配線に用い
られる材料やクロム、ニッケル、クロムの３層構造、Ａ
ｌとＮｄの合金、ＡｌとＭｏの合金、ＴｉとＮの合金も
用いられ得、その厚さは各素子にほぼ同電流を供給する
均一な厚さである。なお、図１５では図示しないが背面
基板１０及びオーミック電極１１間には、ＳｉＯx，Ｓ
ｉＮx，Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮなどの絶縁体からなインシュ
レータ層を形成してもよい。インシュレータ層はガラス
の背面基板１０から素子への悪影響（アルカリ成分など
に不純物の溶出や、基板面の凹凸など）を防ぐ働きをな
す。
【００６５】金属薄膜電極１５の材質は、電子放出の原
理から仕事関数φが小さい材料で、あることが望まし
い。電子放出効率を高くするために、金属薄膜電極１５
の材質は周期律表のＩ族、II族の金属が良く、たとえば
Ｃｓ，Ｒｂ，Ｌｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｃａ等が有効
で、更に、それらの合金であっても良い。また、金属薄
膜電極１５の材質は導電性が高く化学的に安定な金属が
良く、たとえばＡｕ，Ｐｔ，Ｌｕ，Ａｇ，Ｃｕの単体又
はこれらの合金等が望ましい。また、これらの金属に、
上記仕事関数の小さい金属をコート、あるいはドープし
ても有効である。
理から仕事関数φが小さい材料で、あることが望まし
い。電子放出効率を高くするために、金属薄膜電極１５
の材質は周期律表のＩ族、II族の金属が良く、たとえば
Ｃｓ，Ｒｂ，Ｌｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｃａ等が有効
で、更に、それらの合金であっても良い。また、金属薄
膜電極１５の材質は導電性が高く化学的に安定な金属が
良く、たとえばＡｕ，Ｐｔ，Ｌｕ，Ａｇ，Ｃｕの単体又
はこれらの合金等が望ましい。また、これらの金属に、
上記仕事関数の小さい金属をコート、あるいはドープし
ても有効である。
【００６６】バス電極１６の材料としては、Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ａｌ，Ｃｕ等の一般にＩＣの配線に用いられる物で
良く、各素子にほぼ同電位を供給可能ならしめるに足る
厚さで、 0.1〜５０μｍが適当である。但し、抵抗値が
許容できるのであれば、バス電極を使用しないで、金属
薄膜電極に使用する材料を使用することもできる。一
方、表示面である透明ガラスなどの透光性の前面基板１
の内面（背面基板１０と対向する面）には、ＩＴＯから
なる透明なコレクタ電極２が一体的に形成され、これに
高い電圧が印加される。なお、ブラックストライプやバ
ックメタルを使用する場合は、ＩＴＯを設けずにこれら
をコレクタ電極とすることが可能である。
ｔ，Ａｌ，Ｃｕ等の一般にＩＣの配線に用いられる物で
良く、各素子にほぼ同電位を供給可能ならしめるに足る
厚さで、 0.1〜５０μｍが適当である。但し、抵抗値が
許容できるのであれば、バス電極を使用しないで、金属
薄膜電極に使用する材料を使用することもできる。一
方、表示面である透明ガラスなどの透光性の前面基板１
の内面（背面基板１０と対向する面）には、ＩＴＯから
なる透明なコレクタ電極２が一体的に形成され、これに
高い電圧が印加される。なお、ブラックストライプやバ
ックメタルを使用する場合は、ＩＴＯを設けずにこれら
をコレクタ電極とすることが可能である。
【００６７】コレクタ電極２上には、フロントリブ（第
２隔壁）ＦＲがオーミック電極１１に平行となるように
複数形成されている。延在しているフロントリブ間のコ
レクタ電極２の上には、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍光体か
らなる蛍光体層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが真空空間４に面する
ように、それぞれ形成されている。このように、各蛍光
体の境には背面基板と前面基板の距離を一定（例えば１
ｍｍ）に保つ為のフロントリブ（第２隔壁）ＦＲが設け
られている。背面基板１０上に設けられたリアリブ（隔
壁）ＲＲと直交する方向にフロントリブ（第２隔壁）Ｆ
Ｒとが前面基板１に設けられているので、前面基板の蛍
光体を光の３原色に相当するＲ，Ｇ，Ｂに塗り分けが確
実になる。
２隔壁）ＦＲがオーミック電極１１に平行となるように
複数形成されている。延在しているフロントリブ間のコ
レクタ電極２の上には、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍光体か
らなる蛍光体層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが真空空間４に面する
ように、それぞれ形成されている。このように、各蛍光
体の境には背面基板と前面基板の距離を一定（例えば１
ｍｍ）に保つ為のフロントリブ（第２隔壁）ＦＲが設け
られている。背面基板１０上に設けられたリアリブ（隔
壁）ＲＲと直交する方向にフロントリブ（第２隔壁）Ｆ
Ｒとが前面基板１に設けられているので、前面基板の蛍
光体を光の３原色に相当するＲ，Ｇ，Ｂに塗り分けが確
実になる。
【００６８】このように、実施例の電子放出素子を用い
たフラットパネルディスプレイ装置は電子放出素子に対
応してマトリクス状に配置されかつ各々が赤Ｒ、緑Ｇ及
び青Ｂの発光部からなる発光画素の複数からなる画像表
示配列を有している。もちろん、ＲＧＢの発光部に代え
てすべてを単色の発光部としてモノクロムディスプレイ
パネルも形成できる。
たフラットパネルディスプレイ装置は電子放出素子に対
応してマトリクス状に配置されかつ各々が赤Ｒ、緑Ｇ及
び青Ｂの発光部からなる発光画素の複数からなる画像表
示配列を有している。もちろん、ＲＧＢの発光部に代え
てすべてを単色の発光部としてモノクロムディスプレイ
パネルも形成できる。
【００６９】さらなる他の実施例によれば、図１７に示
すように、電子放出発光素子３０が得られる。電子放出
発光素子３０における電子放出素子Ｓは、上記実施例と
同様に、オーミック電極１１が形成された背面基板のガ
ラス素子基板１０上に電子供給層１２を形成し、その上
に複数の球状の微粒子２０を散布又はライン状もしくは
円柱状の逆テーパブロックの複数を形成して、それらの
上に絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５を積層してな
る。
すように、電子放出発光素子３０が得られる。電子放出
発光素子３０における電子放出素子Ｓは、上記実施例と
同様に、オーミック電極１１が形成された背面基板のガ
ラス素子基板１０上に電子供給層１２を形成し、その上
に複数の球状の微粒子２０を散布又はライン状もしくは
円柱状の逆テーパブロックの複数を形成して、それらの
上に絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５を積層してな
る。
【００７０】この実施例の電子放出素子の金属薄膜電極
１５上に蛍光体層３が直接形成されて、電子放出発光素
子が形成される。蛍光体層３は電子放出素子Ｓの島領域
１４から生じた電子を直接受け、蛍光体に対応する可視
光を発光する。また、図１８に示すように、微粒子及び
逆テーパブロックを除去した電子放出発光素子３０でも
よい。
１５上に蛍光体層３が直接形成されて、電子放出発光素
子が形成される。蛍光体層３は電子放出素子Ｓの島領域
１４から生じた電子を直接受け、蛍光体に対応する可視
光を発光する。また、図１８に示すように、微粒子及び
逆テーパブロックを除去した電子放出発光素子３０でも
よい。
【００７１】蛍光体層３は、所望色発光の蛍光体を溶液
形態としてスピンコート法などで形成塗布されるが、そ
の形成方法は限定されない。さらに、主に素子の保護の
ために、その内面に透光性のコレクタ電極を設けたガラ
スなどの透光性の前面基板を蛍光体層上に設けることが
できる。電子放出発光素子から漏れた電子を回収でき
る。この電子放出発光素子の対向する前面及び背面基板
は透明接着剤で接着され、それらの周囲はスペーサなど
で保持される。
形態としてスピンコート法などで形成塗布されるが、そ
の形成方法は限定されない。さらに、主に素子の保護の
ために、その内面に透光性のコレクタ電極を設けたガラ
スなどの透光性の前面基板を蛍光体層上に設けることが
できる。電子放出発光素子から漏れた電子を回収でき
る。この電子放出発光素子の対向する前面及び背面基板
は透明接着剤で接着され、それらの周囲はスペーサなど
で保持される。
【００７２】このさらなる実施例の構成により、電子放
出素子の金属薄膜電極上に直接設けられた蛍光体層を有
するので、加速電力が不要となり装置の駆動系が簡素化
され、真空空間も不要となり軽量な超薄型フラットパネ
ルディスプレイ装置が得られる。さらに、過剰なスペー
サが不要となり視認性が向上できる。
出素子の金属薄膜電極上に直接設けられた蛍光体層を有
するので、加速電力が不要となり装置の駆動系が簡素化
され、真空空間も不要となり軽量な超薄型フラットパネ
ルディスプレイ装置が得られる。さらに、過剰なスペー
サが不要となり視認性が向上できる。
【図１】本発明による実施例の電子放出素子の概略断面
図である。
図である。
【図２】本発明による電子放出素子の製造方法における
素子基板の部分拡大断面図である。
素子基板の部分拡大断面図である。
【図３】本発明による電子放出素子の製造方法における
素子基板の部分拡大断面図である。
素子基板の部分拡大断面図である。
【図４】本発明による電子放出素子の製造方法における
素子基板の部分拡大断面図である。
素子基板の部分拡大断面図である。
【図５】本発明による電子放出素子の製造方法における
素子基板の部分拡大断面図である。
素子基板の部分拡大断面図である。
【図６】本発明による他の電子放出素子の製造方法にお
ける素子基板の部分拡大断面図である。
ける素子基板の部分拡大断面図である。
【図７】本発明による他の電子放出素子の部分拡大斜視
図である。
図である。
【図８】本発明による他の電子放出素子の部分拡大斜視
図である。
図である。
【図９】本発明による他の電子放出素子の部分拡大斜視
図である。
図である。
【図１０】本発明による他の電子放出素子の部分拡大斜
視図である。
視図である。
【図１１】印加した素子電圧Ｖｐｓに対する、絶縁体層
及び金属薄膜電極の膜厚が漸次減少する複数の島領域を
有する電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及び放出電流
Ｉｅの変化を示すグラフである。
及び金属薄膜電極の膜厚が漸次減少する複数の島領域を
有する電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及び放出電流
Ｉｅの変化を示すグラフである。
【図１２】印加した素子電圧Ｖｐｓに対する比較例の電
子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉｅの変
化を示すグラフである。
子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉｅの変
化を示すグラフである。
【図１３】本発明による更なる他の電子放出素子の部分
拡大斜視図である。
拡大斜視図である。
【図１４】本発明による更なる他の電子放出素子の部分
拡大斜視図である。
拡大斜視図である。
【図１５】本発明による実施例の電子放出素子フラット
パネルディスプレイ装置を示す概略部分斜視図である。
パネルディスプレイ装置を示す概略部分斜視図である。
【図１６】実施例の電子放出素子フラットパネルディス
プレイ装置の図１５における線ＡＡに沿った概略部分拡
大断面図。
プレイ装置の図１５における線ＡＡに沿った概略部分拡
大断面図。
【図１７】本発明による実施例の電子放出発光素子の概
略断面図である。
略断面図である。
【図１８】本発明による他の実施例の電子放出発光素子
の概略断面図である。
の概略断面図である。
１ 透光性の前面基板
２ コレクタ電極
３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ 蛍光体層
４ 真空空間
１０ 背面基板
１１ オーミック電極
１２ 電子供給層
１３ 絶縁体層
１４ 島領域
１５ 金属薄膜電極
１６ バスライン
１７ 絶縁性支持部
２０ 微粒子
２１ａ，２１ｂ 逆テーパブロック
フロントページの続き
(72)発明者 岩崎 新吾
埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号
パイオニア株式会社 総合研究所内
(72)発明者 根岸 伸安
埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号
パイオニア株式会社 総合研究所内
(72)発明者 中馬 隆
埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号
パイオニア株式会社 総合研究所内
(72)発明者 佐藤 英夫
埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号
パイオニア株式会社 総合研究所内
(72)発明者 伊藤 寛
埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号
パイオニア株式会社 総合研究所内
(72)発明者 吉川 高正
埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号
パイオニア株式会社 総合研究所内
(72)発明者 小笠原 清秀
埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号
パイオニア株式会社 総合研究所内
(56)参考文献 特開 平２−172127（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−141234（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 1/312
H01J 9/02
H01J 29/04
H01J 31/12
Claims (23)
- 【請求項１】 金属若しくは金属化合物又は半導体から
なる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体
層、及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極から
なり、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電界が
印加されたとき電子を放出する電子放出素子であって、 前記絶縁体層及び前記金属薄膜電極は、それらの膜厚が
漸次減少する少なくとも１つの島領域を有していること
を特徴とする電子放出素子。 - 【請求項２】 前記島領域が電子放出部となっているこ
とを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。 - 【請求項３】 前記絶縁体層は誘電体からなり、前記島
領域以外では５０ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴と
する請求項１又は２記載の電子放出素子。 - 【請求項４】 前記島領域における前記金属薄膜電極が
前記絶縁体層上で終端していることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１記載の電子放出素子。 - 【請求項５】 前記島領域における前記絶縁体層が前記
電子供給層上で終端していることを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１記載の電子放出素子。 - 【請求項６】 前記島領域は前記金属薄膜電極の平坦表
面における凹部であることを特徴とする請求項１〜５の
いずれか１記載の電子放出素子。 - 【請求項７】 前記絶縁体層及び前記金属薄膜電極は、
物理堆積法又は化学堆積法で積層されることを特徴とす
る請求項１〜６のいずれか１記載の電子放出素子。 - 【請求項８】 前記島領域において微粒子を備えている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１記載の電子
放出素子。 - 【請求項９】 前記島領域において逆テーパブロックを
備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１
記載の電子放出素子。 - 【請求項１０】 絶縁体層及び金属薄膜電極の膜厚が漸
次減少する複数の島領域を有している電子放出素子の製
造方法であって、 基板上に電子供給層を形成する電子供給層形成工程と、 複数の微粒子を前記電子供給層上に散布する微粒子散布
工程と、 前記電子供給層及び前記微粒子上に絶縁体を堆積させ、
絶縁体の薄膜からなる絶縁体層を形成する絶縁体形成工
程と、 前記絶縁体層及び前記微粒子上に金属薄膜電極を形成し
て、前記微粒子下の接触面周囲に島領域を形成する金属
薄膜電極形成工程と、を含むことを特徴とする電子放出
素子の製造方法。 - 【請求項１１】 前記金属薄膜電極形成工程の後に、前
記微粒子を除去する微粒子除去工程を含むことを特徴と
する請求項１０記載の電子放出素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記金属薄膜電極形成工程の後又は前
記微粒子除去工程の後に、前記電子供給層と前記金属薄
膜電極との間に電圧を印加する導電経路成長工程を含む
ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の電子放出素
子の製造方法。 - 【請求項１３】 絶縁体層及び金属薄膜電極の膜厚が漸
次減少する複数の島領域を有している電子放出素子の製
造方法であって、 基板上に電子供給層を形成する電子供給層形成工程と、 各々が前記基板の法線方向に突出しかつその上部に前記
基板に平行な方向に突出するオーバーハング部を有する
電気絶縁性の逆テーパブロックを形成するブロック形成
工程と、 前記電子供給層上に絶縁体を堆積させ、絶縁体の薄膜か
らなる絶縁体層を形成する絶縁体形成工程と、 前記絶縁体層上に金属薄膜電極を形成して、前記逆テー
パブロック下の接触面周囲に島領域を形成する金属薄膜
電極形成工程と、を含むことを特徴とする電子放出素子
の製造方法。 - 【請求項１４】 前記金属薄膜電極形成工程の後に、前
記逆テーパブロックを除去するリフトオフ工程を含むこ
とを特徴とする請求項１３記載の電子放出素子の製造方
法。 - 【請求項１５】 前記金属薄膜電極形成工程の後又は前
記リフトオフ工程の後に、前記電子供給層と前記金属薄
膜電極との間に電圧を印加する導電経路成長工程を含む
ことを特徴とする請求項１３又は１４記載の電子放出素
子の製造方法。 - 【請求項１６】 前記ブロック形成工程は、前記基板上
に逆テーパブロック材料層を成膜し、その上にフォトリ
ソグラフィ法によって少なくとも前記電子供給層の一部
分を露出せしめるレジストマスクを形成し、ドライエッ
チング法又はウエットエッチング法によって前記オーバ
ーハング部を有する逆テーパブロックを食刻する工程を
含むことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１記
載の電子放出素子の製造方法。 - 【請求項１７】 真空空間を挾み対向する一対の第１及
び第２基板と、 前記第１基板に設けられた複数の電子放出素子と、 前記第２基板内に設けられたコレクタ電極と、 前記コレクタ電極上に形成された蛍光体層と、からなる
表示装置であって、 前記電子放出素子の各々は、オーミック電極上に形成さ
れた電子供給層上に形成された絶縁体層、及び前記絶縁
体層上に形成された金属薄膜電極からなり、前記絶縁体
層及び前記金属薄膜電極は、それらの膜厚が漸次減少す
る島領域を有していることを特徴とする表示装置。 - 【請求項１８】 前記絶縁体層は誘電体からなり、前記
島領域以外では５０ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴
とする請求項１７記載の表示装置。 - 【請求項１９】 前記島領域における前記金属薄膜電極
が前記絶縁体層上で終端していることを特徴とする請求
項１７又は１８記載の表示装置。 - 【請求項２０】 前記島領域における前記絶縁体層が前
記電子供給層上で終端していることを特徴とする請求項
１７〜１９のいずれか１記載の表示装置。 - 【請求項２１】 前記島領域は前記金属薄膜電極の平坦
表面における凹部であることを特徴とする請求項１７〜
２０のいずれか１記載の表示装置。 - 【請求項２２】 前記絶縁体層及び前記金属薄膜電極
は、物理堆積法又は化学堆積法で積層されることを特徴
とする請求項１７〜２１のいずれか１記載の表示装置。 - 【請求項２３】 前記金属薄膜電極の複数の上にバスラ
インが形成され、前記オーミック電極及び前記バスライ
ンはそれぞれストライプ状の電極でありかつ互いに直交
する位置に配列されていることを特徴とする請求項１７
〜２２のいずれか１記載の表示装置。
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