JP3499640B2 - 電界電子放出素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、真空マイク
ロエレクトロニクス技術を利用した電界電子放出素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、真空を電荷輸送媒体とする真
空素子が研究されているが、この真空素子の一つとして
電界電子放出素子（真空マイクロ素子）がある。そし
て、代表的な電界電子放出素子には、図１７に示すよう
にエミッタ電極１が基板２から略鉛直方向に四角錐や円
錐の形状を呈しているもの（以下、スピント型と記す）
と、図１８（ａ）及び（ｂ）に示すようにエミッタ電極
３が基板２と平行な方向に三角形の飛び込み板形状、即
ち楔形の形状を呈しているもの（以下、平面型と記す）
とがある。なお、図１７および図１８において、４、５
で示すのはそれぞれ上記エミッタ電極１、３から電子を
引き出すためのゲ−ト電極である。

【０００３】上記スピント型の電界電子放出素子の作製
は、例えば東北大学電気通信研究所の横尾邦義氏が電気
学会誌 Vol.112,No.4 (1992) pp257-262に記しているよ
うに、スタンフォ−ド研究所のスピント(C.A.Spint) 氏
らの開発した回転させながら斜め方向から陰極チップを
蒸着する技術や、アメリカ海軍研究所のグレイ(H.F.Gra
y)氏らの開発したSi単結晶を選択的に異方性エッチング
する技術を基本にして行われる。

【０００４】さらに、平面型等の他のエミッタ電極の作
製方法は、例えば、工業技術院電子技術総合研究所の伊
東順司氏及び金丸正剛氏によって、「微小冷陰極の応用
−真空マイクロ素子−」（オプトロニクス誌 No.109 (1
991) pp193-198）や、「微小三極真空素子の試作とその
応用」（日本学術振興会荷電粒子ビ−ムの工業への応用
第132 委員会第111 回研究会資料 (1990) pp7-13）で説
明されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の電界電子放出素子には、以下に説明する解決すべき
課題がある。すなわち、これらの電界電子放出素子を例
えば平面ディスプレイ装置の電子放出源として利用する
場合、この電界素子から放出される電子の軌道は各図に
おいて上方に向かうほうが都合が良い。

【０００６】この点、前述したスピント型の電界電子放
出素子は有利である。しかし、このようなエミッタ電極
を作成するには、スピント型では前述したような複雑な
作成プロセスを経る必要がある。

【０００７】一方、平面型では、上記スピント型に比べ
て作成は容易であるが、電子を上方向に放出させるのは
困難である。この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、作成が容易で上方向に電子を放出すること
ができる電界電子放出素子を提供することを目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、尖鋭化され
た電子放出部を有し、電界が与えられることでこの電子
放出部から電子を放出する板状のエミッタ電極と、この
エミッタ電極の一面側に絶縁層を介して積層され、上記
エミッタ電極に電界を与えるベ−ス電極と、このエミッ
タ電極の他面側に絶縁層を介して積層され、上記エミッ
タ電極に電界を与えるゲ−ト電極とを有し、上記ゲ−ト
電極は、上記エミッタ電極の他面と平行な方向に所定ギ
ャップを存して分割され、各々上記エミッタ電極の電子
放出部に電界を与える第１、第２のゲ−ト電極を有し、
上記エミッタ電極から放出された電子は、この第１、第
２のゲ−ト電極間を通して上記エミッタ電極の他面側に
放出され、上記ベ−ス電極は、上記エミッタ電極の一面
と平行な方向に所定ギャップを存して分割され、各々上
記エミッタ電極の電子放出部に電界を与える第１、第２
のベ−ス電極を有し、上記エミッタ電極から放出された
電子は、この第１、第２のベ−ス電極の間を通してエミ
ッタ電極の一面側にも放出される電界電子放出素子であ
る。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】この発明は、尖鋭化された電子放出部を有
し、電界が与えられることでこの電子放出部から電子を
放出する板状のエミッタ電極と、このエミッタ電極の一
面側に絶縁層を介して積層され、上記エミッタ電極に電
界を与えるベ−ス電極と、このエミッタ電極の他面側に
絶縁層を介して積層され、上記エミッタ電極に電界を与
えるゲ−ト電極とを有し、上記エミッタ電極とベ−ス電
極の電位差と、上記ゲ−ト電極とエミッタ電極の電位差
を制御することで、上記エミッタ電極の一面側と他面側
とに電子を放出させる制御手段を有する電界電子放出素
子である。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【作用】この発明によれば、ゲート電極からだけでな
く、ベース電極からも上記エミッタ電極に対して電界を
与えることで、このエミッタ電極の電子放出部における
電界集中度を向上させることができ、この電界電子放出
素子の電子放出効率が向上するとともに、エミッタ電極
の一側面にも電子を放出することが可能になる。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】この発明によれば、上記ベース電極に与え
る電圧を上記ゲート電極に与える電圧と略等しくするこ
とで、エミッタ電極から放出される電子をエミッタ電極
の他側面と一側面の双方に放出させることができる。

【００３１】

【００３２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。まず、この発明の第１の実施例を図１〜図８
を参照して説明する。図１（ａ）はこの第１の実施例を
示す電界電子放出素子１０が多数集積されてなる電界放
出素子アレイ９の平面図であり、図２はその斜視図であ
る。この図では、電界放出素子アレイ９が２列形成され
なり、各列には、それぞれ６個の電界放出素子１０…が
連続的に設けられている。

【００３３】図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿
う位置にある電界放出素子１０の縦断面図を示したもの
であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿
う位置にある電界放出素子１０の縦断面図を示したもの
である。

【００３４】以下、この電界放出素子１０の構造を図１
（ｂ）および（ｃ）を参照して説明する。この電界電子
放出素子１０は５層構造を有しており、平坦な基板１１
上に、薄膜状のベ−ス電極１２、第１の絶縁膜１３、第
１の導電膜１４、第２の絶縁膜１５、および第２の導電
膜１６とが順に積層されてなる。

【００３５】上記基板１１は例えばガラス等の絶縁性基
板であり、上記第１、第２の絶縁膜１３、１５の材質と
してはＳｉＯ₂ 等が採用される。また、上記ベ−ス電極
１２および第１、第２の導電膜１４、１６の材質として
はＣｕ，Ｎｉ，Ｗ等の金属材料を用いるのが一般的であ
る。

【００３６】また、図に示すように、第１の絶縁膜１
３、第１の導電膜１４、第２の絶縁膜１５および第２の
導電膜１６には、これら４つの層を貫通して上方に開放
する電子放出溝１７が形成されている。

【００３７】この電子放出溝１７により、上記第１の導
電膜１４は第１、第２のエミッタ電極１８、１９に分割
され、上記第２の導電膜１６は第１、第２のゲ−ト電極
２０、２１に分割されている。そして、この電子放出溝
１７の底部には、上記ベ−ス電極１２の表面が露出して
いる。

【００３８】また、上記第１、第２の絶縁膜１３、１５
は、上記電子放出溝１７内において、上記第１、第２の
ゲ−ト電極２０、２１の縁部の周囲に位置する部位およ
び第１、第２のエミッタ電極１８、１９の縁部の周囲に
位置する部位が除去されてなる。したがって上記エミッ
タ電極１８、１９およびゲ−ト電極２０、２１の縁部
は、上記電子放出溝１７内に所定寸法をもって突出して
いる。

【００３９】なお、この電子放出溝１７は、図１（ａ）
および図２に示すように、隣り合うすべての電界放出素
子１１に跨がって形成されている。また、この電子放出
溝９は、図に示すように蛇行するように形成され、これ
により、上記第１、第２のゲ−ト電極２０、２１および
第１、第２のゲ−ト電極１８、１９の縁部は、上記基板
と平行な方向に、楔形状に尖鋭化された部分と、湾曲し
た部分とが交互に連続するように形成されている。

【００４０】一方、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、
上記第１、第２のエミッタ電極１８、１９の互いに対向
する縁部は、その厚さ方向上面側からえぐられて、円弧
面あるいは傾斜面が形成されている。このことにより、
この第１、第２のエミッタ電極１８、１９の縁部は上記
電子放出溝１７内に突出するにつれて厚さ方向に尖鋭化
されている。

【００４１】したがって、図４（ａ）〜（ｃ）の平面
図、側面図、斜視図に示すように、上記第１のエミッタ
電極１８の平面視楔形状に形成された部位の先端部は、
３次元的に尖鋭化され、その最先端は同図（ｃ）に示す
ように、微細な直線状となっている。この直線状に尖鋭
化された部位は、第１のエミッタ電極１８の電子放出部
１８ａとなる。また、上記第２のエミッタ電極１９につ
いても同様であり、平面視楔形状に形成された部位の先
端は線状に尖鋭化された電子放出部１９ａとなる。

【００４２】なお、図１（ａ）および図２からも明らか
なように、上記平面視楔形状の部位は各電界電子放出素
子１０につき１つずつ位置するようになっている。した
がって、各電界電子放出素子１０には、第１のエミッタ
電極の電子放出部１８ａあるいは第２のエミッタ電極１
９の電子放出部１９ａのいずれか１つが位置するように
なっている。

【００４３】すなわち、図１（ｂ）の電界電子放出素子
１では、第２のエミッタ電極１９のみが直線状に尖鋭化
されて電子放出部１９ａとなっており、図１（ｃ）の電
界電子放出素子１０では、第１のエミッタ電極１８のみ
が直線状に尖鋭化されて電子放出部１８ａとなってい
る。

【００４４】次に、この電界電子放出素子１０の動作
を、図１（ｃ）に示す電界電子放出素子１０を例にとっ
て説明する。この電界電子放出素子１０は、上記第１の
エミッタ電極１８に対して電界を印加することで、量子
力学的現象に基づき、図３に示すように、このエミッタ
電極１８の電子放出部１８ａから真空中に電子（−ｅ）
を放出するものである。

【００４５】この実施例では、上記エミッタ電極１８に
対して、上記第１、第２のゲ−ト電極２０、２１および
上記ベ−ス電極１２から電界を印加する。すなわち、例
えば、上記第１の導電膜（エミッタ電極）をグランド
（０Ｖ）とし、上記ベ−ス電極に１０Ｖ、上記第２の導
電膜（ゲ−ト電極）にこれよりも高い１００Ｖを与え
る。

【００４６】このことで、上記エミッタ電極１８とゲ−
ト電極２０、２１および上記エミッタ電極１８とベ−ス
電極１２の表面との間に電位差が生じ、上記エミッタ電
極１８に電界が印加される。印加される電界は、後述す
るように上記エミッタ電極１８の尖鋭化された電子放出
部１８ａに集中し、この電子放出部１８ａから電子（−
ｅ）が放出される。放出された電子は図に示すように、
上方に放出されることとなる。

【００４７】このとき、この電界放出素子１０の上方
に、さらに高い電圧（例えば２００Ｖ）が印加されてな
るアノ−ド電極２２を配置しておけば、放出された電子
は１００パ−セントこのアノ−ド電極２２に引き寄せら
れることとなる。

【００４８】なお、説明を省略するが、上記図１（ｂ）
に示す電界電子放出素子では、上記第２のエミッタ電極
１９の電子放出部１９ａから、同様に電子が放出される
こととなる。

【００４９】次に、この電界電子放出素子１０の製造方
法を図５に基づいて説明する。電界電子放出素子１０の
作製プロセスは、大まかには、成膜、パタ−ニング、及
び、エッチングの各工程からなる。

【００５０】この実施例においては、まず、図５（ａ）
に示すように、基板１１上に、ベ−ス電極（ＷＳｉ）１
２、第１の絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）１３、第１の導電膜（Ｗ
Ｓｉ）１４、第２の絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）１５および第２
の導電膜（ＷＳｉ）１６を順次積層し、この最上層の第
２の絶縁膜１６上にＡｌからなる金属マスク２４を積層
する。

【００５１】ついで、この金属マスク２４上にレジスト
２５を塗布し、同図（ｂ）に示すようにステッパや大面
積露光装置等を用いた露光によるパタ−ンニングを行
う。このパタ−ンニングは、図１に示した電子放出溝１
７に対応するように蛇行状に設定される。

【００５２】また、この露光の際の焦点位置はレジスト
２５に合った状態（ジャストフォ−カスの状態）にな
く、焦点位置はジャストフォ−カスの状態から上方へず
らされている。このため、同図（ｂ）に示すようにレジ
スト２５に残留部２６が生じ、この部分のレジスト２５
の断面形状は下端に向かうにしたがって緩やかに狭まる
ように成形される。

【００５３】露光の焦点位置とレジスト２５の形状との
関係を図６に示す。ジャストフォ−カスの場合には、図
６（ａ）に示すようにレジスト２５の壁面２５ａが平坦
になる。しかし、焦点位置を下方（−側）にずらすとレ
ジスト２５の壁面２５ａは膨らみ（同図（ｂ））、上方
（＋側）にずらすとレジスト２５の壁面２５ａは窪む
（同図（ｃ））。

【００５４】この実施例においては、焦点位置が＋側に
ずらされているので、レジスト２５に上述した形状の残
留部２６を形成することができるのである。この後、こ
のレジスト２５をエッチングマスクとして、例えばＢＣ
ｌ₃ とＯ₂ の２種類の反応ガスを用いて異方性エッチン
グ（例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）など）を
行うと、上記金属マスク２４にこのレジスト２５の形状
が反映され上記金属マスク２４は図５（ｃ）に示すよう
な形状となる（すでにレジスト２５を洗浄除去した状
態）。

【００５５】ついで、この金属マスク２４に反応しない
反応ガスを用いてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を
行う。ここでは、例えばＣＦ₄ とＯ₂ の２種類の反応ガ
スを導入してエッチングを行う。

【００５６】このようなエッチングを行うと、上記金属
マスク２４以外の層（１６、１５、１４）を選択的にエ
ッチングすることができる。このことで、図５（ｄ）に
示すように、上記第１、第２の導電膜１４、１５は２分
割され、第１、第２のエミッタ電極１８、１９、および
第１、第２のゲ−ト電極２０、２１が形成されることと
なる。

【００５７】なお、上記金属マスク２４は、上記反応ガ
スには反応しない材質であるが、上記金属マスク２４の
薄い部分、すなわち残留部２４ａはエッチング時のイオ
ン衝撃によって、徐々にエッチングされる。

【００５８】したがって、この残留部２４ａの形状が下
層に反映され、同図（ｄ）に示すように、エッチング除
去された部位の底部付近に位置する上記第１の導電膜１
４（エミッタ電極１８、１９）の縁部は上側からえぐら
れた円弧面形状となる。このことで、上記第１、第２の
ミッタ電極１８、１９の縁部は厚さ方向に尖鋭化され
る。

【００５９】また、このエッチングは図１に示した蛇行
パタ−ンで行われるから、前述したように上記第１、第
２のエミッタ電極１８、１９には、基板１１の表面と平
行な方向に楔状部位と湾曲状部位とが交互に形成され
る。そして、上記第１、第２のエミッタ電極１８、１９
の楔状部位の先端部は上述したように厚さ方向にも尖鋭
化された線状の電子放出部１８ａ、１９ａとなる（図６
参照）。

【００６０】また、上記電子放出溝１７の幅（各電極間
の基板表面と平行な方向のギャップ）は、パタ−ニング
後のレジスト２５（金属マスク２４）の残留部２６（２
４ａ）形状とその後のエッチング時間とによって制御さ
れる。

【００６１】つまり、金属マスク２４の残留部２４ａの
形状が、上記電子放出溝１７の幅に影響を及ぼす。エッ
チングを長く行うと、上記残留部２４ａがイオン衝撃に
よって徐々に削られていくので、徐々に上記電子放出溝
１７（電極間のギャップ）の幅が大きくなっていくので
ある。

【００６２】例えば、図５（ｄ）の時点でエッチングを
終了すると、上記第１、第２のエミッタ電極１８、１９
間のギャップを非常に小さくすることができる。また、
さらにエッチングを続けることでこのギャップを大きく
することもできる。

【００６３】このようにして第１、第２の導電膜１４、
１６のエッチングが終了したならば、例えばＨＦ（５％
〜１０％濃度の希ふっ酸）を用いたウエットエッチング
を行う。このことで、同図（ｅ）に示すようにＳｉＯ₂
（第１、第２の絶縁層１３、１５）だけが選択的にエッ
チングされる。

【００６４】すなわち、上記第１、第２のエミッタ電極
１８、１９および第１、第２のゲ−ト電極２０、２１縁
部の周辺に存在する上記第１、第２の絶縁膜１３、１５
が除去され、上記エミッタ電極１８、１９およびゲ−ト
電極２０、２１は所定の寸法をもって電子放出溝１７内
に突出することとなる。

【００６５】また、この電子放出溝１７の底面には、上
記ベ−ス電極１２の表面が露出する。なお、このベ−ス
電極１２（ＷＳｉ）は、上記ウエットエッチングでは削
られないから、エッチングストッパとして機能すること
となる。

【００６６】この最終工程において、エミッタ電極１
８、１９及びゲ−ト電極２０、２１の十分な突出量が確
保される。この工程は、真空中でエミッタ電極１８、１
９の各電子放出部１８ａ、１９ａから効率良く電子を放
出させるために必要な工程である。なお、この図では、
第１のエミッタ電極１８の電子放出部１８ａのみを図示
している。

【００６７】以上の工程で製造された第１の実施例の電
界電子放出素子１０によれば、以下に説明する効果を得
ることができる。すなわち、この発明の電界放出素子１
０によれば、上記エミッタ電極１８、１９の電子放出部
１８ａに対する電界集中度を高めることができ、この電
界放出素子の動作電圧を下げることができる効果があ
る。

【００６８】一般に、エミッタ電極の電子放出部から放
出された電子によるエミッション電流の密度（電子放出
効率）は、印加する電圧が等しい場合でも、電子放出部
に対する電界集中度が高い程大きい。したがって上記電
子放出部に対する電界集中度が高い程、この電界電子放
出素子の動作電圧を低くすることができるのである。そ
して、この電界集中度は、ゲ−ト電極とエミッタ電極間
との距離や、エミッタ電極の尖鋭度等の幾何学的要素や
電圧のかけ方等によって定まる。

【００６９】まず、エミッタ電極１８、１９の尖鋭度に
ついて説明すると、上述したこの発明の電界電子放出素
子１０では、蛇行した電子放出溝１７を形成すると共
に、上記第１、第２のエミッタ電極１９、１８の縁部に
円弧面を形成することで、平面視楔状に形成された部位
の先端部をさらに尖鋭化して微細な線状の電子放出部１
８ａ、１９ａに形成するようにした。

【００７０】つまり、エミッタ電極１８、１９の縁部を
円弧状にえぐった場合には、単に斜めに加工した場合に
比べて先端部の厚さを非常に薄くできる。また、この円
弧面は、上記エミッタ電極１８、１９の楔状部の縁部に
沿って設けられているから、その最尖鋭部では、上記エ
ミッタ電極１８、１９は、厚さ方向および面方向にも薄
くなり、図６（ｃ）に示すような微細な直線状の電子放
出部１８ａ、１９ａを成形することができるのである。

【００７１】したがって、従来例と比較して、上記エミ
ッタ電極１８、１９の電子放出部１８ａ、１９ａの尖鋭
度を非常に高くすることができ、電界集中度を向上させ
ることが可能になる。

【００７２】また、電界電子放出素子１０の製造方法と
しては、露光の焦点距離（フォ−カスポイント）をずら
すことで行うようにしたので、上記エミッタ電極１８、
１９の縁部を容易に円弧面状に形成することができる。
このため、エミッタ電極１８、１９の尖鋭化を容易に行
うことができる。

【００７３】次に、上記エミッタ電極１８、１９の電子
放出部１８ａ、１９ａと第１、第２のゲ−ト電極２０、
２１間の距離（ギャップ）について説明する。なお、こ
こでは、図３に示すような、上記第１のエミッタ電極１
８の電子放出部１８ａのみを有する電界電子放出素子を
例に説明する。第２のエミッタ電極１９の電子放出部１
９ａを有する電界電子放出素子については、図３の場合
と同様であるのでその説明は省略する。

【００７４】まず、上記第１のエミッタ電極１８とその
直上に位置する第１のゲ−ト電極２０間のギャップは、
第２の絶縁膜１５の厚さによって決まる。上記第２の絶
縁膜１５は、パタ−ニング技術ではなく、製膜技術によ
り作製されるので、その薄膜化（例えば１０００オング
ストロ−ム以下）が容易である。また、そのギャップの
調整も容易に行える。

【００７５】一方、上記第１のエミッタ電極１８と、そ
のの対角線上に位置する上記第２のゲ−ト電極２１間の
ギャップの大きさは前述したようにレジスト２５の残留
部２６の形状に依存する。

【００７６】この残留部２６の形状は上記露光の焦点位
置をずらす量によって高精度に決定でき、前述したよう
にエッチングの時間を調整することで、上記第１のエミ
ッタ電極１８と第２のゲ−ト電極２１間の距離を容易に
制御することができる。

【００７７】すなわち、上記ステッパ露光のパタ−ンニ
ング解像度にあまり関係なく、このギャップを小さくす
ることが可能である。したがって、ステッパのパタ−ニ
ング解像度によって制限されることなく、上記第１のエ
ミッタ電極１８と第２のゲ−ト電極２１を接近させるこ
とが可能になる。

【００７８】このように上記第１のエミッタ電極１８の
電子放出部１８ａに、上記第１、第２のゲ−ト電極２
０、２１を接近させたことにより以下の効果がある。例
えば、この電界電子放出素子１０を３極管として用いる
場合を例にとって説明する。この電界電子放出素子１０
を３極管として用いる場合には、この電界電子放出素子
１０の上方に図３に示すようにアノ−ド電極２２を配置
する。

【００７９】仮に、上記第１のエミッタ電極１８に対し
て第１のゲ−ト電極２０しか存在しない場合（第２のゲ
−ト電極２１がない場合）には、上記第１のエミッタ電
極１８から放出された電子の略半分以上が上記第１のゲ
−ト電極２０にトラップされるか略水平に放出され、上
記アノ−ド電極２２との間に流れる電流量が小さくな
る。

【００８０】また、この第１のゲ−ト電極２０だけであ
ると、上記第１のエミッタ電極１８の尖鋭化された電子
放出部１８ａの先端部がこの第１のゲ−ト電極２０の方
向に向いていないために電子の電界集中度が悪いという
こともある。

【００８１】また、仮に、上記第２のゲ−ト電極２１が
存在する場合であっても、この第２のゲ−ト電極２１と
上記エミッタ電極１８の電子放出部１８ａの距離が離れ
ている場合には、この第２のゲ−ト電極２１から上記電
子放出部１８ａに印加される電界が小さいくなってしま
うために、やはり上述した場合と同じ事態が生じる。

【００８２】しかし、図３に示すこの発明の電界電子放
出素子１０のように、上記第１のエミッタ電極１８に対
して上記第１、第２のゲ−ト電極２０、２１を近付ける
ことができる場合には、上記第１のエミッタ電極１８の
電子放出部１８ａに対して上記第２のゲ−ト電極２１か
らの電界を有効に印加することができる。

【００８３】また、この電子放出部１８ａの延出方向に
上記第２のゲ−ト電極２１が位置することになるから、
電界集中度を向上させることができる。さらに、上記第
１のゲ−ト電極２０とこの第２のゲ−ト電極２１とによ
って、放出される電子を上方向に偏向させて略１００％
上記アノ−ド電極２２に向かわせることができるように
なる。

【００８４】一方、この実施例では、上記第２のゲ−ト
電極２１の縁部は、図２に示すように、平面視で上記第
１のエミッタ電極１８の電子放出部１８ａを囲む湾曲状
に形成されている。このことにより、電界集中係数を高
めることができ、上記第１のエミッタ電極１８からの電
子放出率を向上させることができる効果がある。

【００８５】この理由について図７を参照して説明す
る。今、上記第２のゲ−ト電極２１の形状を図７（ａ）
〜（ｃ）に示すように、三種類に変更させて、電界集中
係数を比較する。この場合において、上記エミッタ電極
１８に印加する電圧は０Ｖ、上記ゲ−ト電極２１に印加
する電圧は１００Ｖである。

【００８６】各種類について、１０Ｖ毎の等電位分布を
考えると、図に示す等電位線のようになる。電子放出率
は、エミッタ電極１８の電子放出部１８ａに印加される
電界の集中係数（集中度）が大きい程高くなるが、この
電界集中係数は、上記電子放出部１８ａ近傍での等電位
線が急峻なほど大きくなる。

【００８７】図７において、（ｃ）が、この実施例の電
界電子放出素子１０のエミッタ電極１８とゲ−ト電極２
１の関係を示すものである。すなわち、尖鋭化されたエ
ミッタ電極１８の電子放出部１８ａを、ゲ−ト電極２１
の湾曲部で囲むように構成されている。

【００８８】一方、同図（ａ）は、上記ゲ−ト電極２１
が略直線状で上記エミッタ電極１８の電子放出部１８ａ
が密に形成された場合、同図（ｂ）はゲ−ト電極２１が
同様に直線状で電子放出部１８ａが粗く形成された場合
である。

【００８９】この図より、対向する両電極に与える電圧
および電極間のギャップが等しい場合であっても、上記
電子放出部１８ａに対する電界集中度は（ｂ）、
（ａ）、（ｃ）の順に大きくなることが分かる。

【００９０】また、エミッタ電極１８の電子放出部１８
ａが同じ密度で形成されていても、上記エミッタ電極２
１が湾曲状である方が、上記電子放出部１８ａ付近での
等電位線が急峻になり電界集中度が高くなることも分か
る。

【００９１】さらに、この実施例では、ベ−ス電極１２
を設け、このベ−ス電極１２からも上記エミッタ電極１
８の電子放出部１８ａに対して電界を印加するようにし
た。このことにより、次に説明する効果を得ることがで
きる。

【００９２】図８（ａ）は、上記ベ−ス電極１２に電圧
を印加しない場合の等電位分布図であり、図８（ｂ）
は、ベ−ス電極１２に電圧を印加した場合（この実施
例）の等電位分布線である。

【００９３】この図から明らかなように、ベ−ス電極１
２に対して電圧を印加している電界放出素子（ｂ）の方
が、上記エミッタ電極１８の電子放出部１８ａの周囲に
おいて、上記等電位線が急峻になっている。したがっ
て、この実施例の方が電界集中係数を高めることがで
き、電子放出効率が高くなる。

【００９４】すなわち、同じ大きさのエミッション電流
値を得る場合、図８（ａ）に示す電界電子放出素子に比
べて図８（ｂ）に示すこの実施例の電界放出素子の方
が、印加電圧を低くすることができる。

【００９５】したがって、例えば、上記ゲ−ト電極を１
００Ｖとし上記エミッタ電極を０Ｖとした場合におい
て、図８（ａ）においては電子が放出されない場合であ
っても、図８（ｂ）に示すように上記ベ−ス電極に１０
Ｖの電圧を印加した場合には、電子が放出されることが
ある。

【００９６】また、この実施例において、上記ベ−ス電
極１２に印加する電圧と、上記ゲ−ト電極２０、２１に
印加する電圧とを等しくすると（例えば１００Ｖ）、放
出される電子は上下２方向に別れることとなる。しか
し、この実施例のように、上記ベ−ス電極１２に与える
電圧（１０Ｖ）をゲ−ト電極２０、２１に与える電圧
（１００Ｖ）よりも引く設定することで、上記放出電子
を上方に向かわせることができる。

【００９７】そして、上述したように、アノ−ド電極２
２に上記ゲ−ト電極２０、２１よりおさらに高い電圧
（２００Ｖ）を印加することで、放出された電子を１０
０パ−セント上方に引き寄せることができる。

【００９８】以上述べたように、この発明の電界放出素
子によれば、上記エミッタ電極１８（１９）に対する電
界集中度を高めることができるから、電子放出効率を向
上させることができる。このため、低い電圧であって
も、十分なエミッション電流を得ることができる。

【００９９】また、従来のスピント型等のように放出さ
れた電子を略１００パ−セント上方に放出することがで
きる。さらに、この電界放出素子１０は、基本的には平
面型の電界電子放出素子であるから、スピント型の電界
放出素子に比べて非常に生産性が良い。

【０１００】次に、この発明の第２の実施例について図
９を参照して説明する。この第２の実施例は、上記第１
の実施例で示した電界電子放出素子１０の製造方法の変
形例にかかるものである。

【０１０１】すなわち、上記第１の実施例では、Ａｌか
らなる金属マスク２４を用いていたが、この実施例で
は、上記金属マスク２４を設けず、最上層の第２の導電
膜１６の材質をＮｉとすることで、この第２の導電膜１
６を金属マスクとして用いるものである。以下、説明す
る。

【０１０２】この実施例においては、まず、図９（ａ）
に示すように、基板１１上に、ベ−ス電極（ＷＳｉ）１
２、第１の絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）１３、第１の導電膜（Ｗ
Ｓｉ）１４、第２の絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）１５および第２
の導電膜（Ｎｉ）１６を順次積層する。

【０１０３】ついで、この第２の導電膜１６上にレジス
ト２５を塗布し、同図（ｂ）に示すようにステッパや大
面積露光装置等を用いた露光によるパタ−ンニングを行
う。このパタ−ンニングは、図１に示した電子放出溝１
７に対応するように蛇行状に設定され、上記第１の実施
例と同様に、焦点位置をジャストフォ−カスの状態から
上方へずらして行われる。このことで、上記レジスト２
５は、残留部２６が生じた状態でパタ−ンニングがなさ
れる。

【０１０４】この後、このレジスト２５をエッチングマ
スクとして、例えばＢＣｌ₃ とＯ₂ の２種類の反応ガス
を用いて異方性エッチング（例えばＲＩＥ（反応性イオ
ンエッチング）など）を行うと、上記第２の導電膜１６
にこのレジスト２５の形状が反映され上記第２の導電膜
１６は同図（ｂ）に示すように残留部１６ａが生じた形
状となる（すでにレジスト２５を洗浄除去した状態）。
また、このことで、上記第２の導電膜１６は、第１、第
２のゲ−ト電極２０、２１に分割される。

【０１０５】ついで、この第２の導電膜１６（Ｎｉ）に
反応しない反応ガスを用いてＲＩＥ（反応性イオンエッ
チング）を行う。ここでは、例えばＣＦ₄ とＯ₂ の２種
類の反応ガスを導入してエッチングを行う。

【０１０６】このようなエッチングを行うと、上記第２
の導電膜１６以外の層（１５、１４）を選択的にエッチ
ングすることができる。このことで、図９（ｃ）に示す
ように上記第１導電膜１４は２分割され、第１、第２の
エミッタ電極１８、１９が形成されることとなる。

【０１０７】なお、上記第２の導電膜１６は、上記反応
ガスには反応しない材質であるが、上記第２の導電膜１
６の縁部の薄い部分、すなわち残留部１６ａはエッチン
グ時のイオン衝撃によって、徐々にエッチングされる。

【０１０８】したがって、この残留部１６ａの形状が下
層に反映され、エッチング除去された部位の底部付近に
位置する上記第１の導電膜１４（エミッタ電極１８、１
９）の縁部は上側からえぐられた円弧面形状となる。こ
のことで、上記第１、第２のミッタ電極１８、１９の縁
部は厚さ方向に尖鋭化される。

【０１０９】最後に、ＨＦ（５％〜１０％濃度の希ふっ
酸）を用いたウエットエッチングを行う。このことで、
同図（ｅ）に示すようにＳｉＯ₂ （第１、第２の絶縁層
１３、１５）だけが選択的にエッチングされる。この工
程により、上記第１の実施例と同様に、上記エミッタ電
極１８、１９とゲ−ト電極２０、２１の十分な突出量が
確保される。そして、上記第１の実施例と略同一形状の
電界電子放出素子１０を得ることができる。

【０１１０】このような構成によれば、第２の導電膜の
材質として、ＨＦに侵されず、他の層（ＷＳｉおよびＳ
ｉＯ₂ ）のマスクとなり得る材質（Ｎｉ）を用いたの
で、上記第１の実施例で用いていた金属マスク２４が不
要になり、電界電子放出素子の製造工程が簡略化できる
効果がある。

【０１１１】すなわち、上記一実施例では、第２の導電
膜２６として第１の導電膜１４と同じ材質であるＷＳｉ
を用いていたので、上述したようにエミッタ電極１８、
１９の先端部を尖鋭化するには前述した金属マスク（Ａ
ｌ）が必要であった。

【０１１２】そして、上記第２の導電膜をＡｌにすると
いう考えもあるが、このＡｌは、最終エッチング工程に
おいてＨＦに侵されてしまうので、採用できないという
ことがある。

【０１１３】一方、この実施例によれば、上記Ｎｉは、
ＷＳｉとＳｉＯ2 のマスクとして用いることができ、か
つＨＦに侵されない。したがって、上記第２の導電膜１
６をＮｉで形成することで、この第２の導電膜１６を金
属マスクとして使用することができるのである。

【０１１４】次に、この発明の第３の実施例について図
１０を参照して説明する。なお、上記第１の実施例と同
様の構成要素には、同一符号を付してその説明は省略す
る。

【０１１５】この第１０の実施例の電界電子放出素子２
８は、図１０（ｃ）に示すようなものであり、上記エミ
ッタ電極１８、１９の縁部は、上記第１の実施例と異な
り厚さ方向には尖鋭化されていない。すなわち、上記エ
ミッタ電極１８、１９は、蛇行状の電子放出溝（図１参
照）によって平面視楔状に尖鋭化されているのみであ
り、この楔状部の先端部が電子放出部１８ａ、１９ａと
なる。（この図では、第２のエミッタ電極１９の電子放
出部１９ａについては図示を省略している。） このような構成であっても、上記第１、第２のゲ−ト電
極２０、２１およびベ−ス電極１２から上記第１のエミ
ッタ電極１８の電子放出部１８ａに対して電界が印加さ
れることとなり、この部分から電子が引き出されること
となる。ただし、上記エミッタ電極１８の電子放出部が
厚さ方向に尖鋭化されていない分、上記第１の電界電子
放出素子１０と比較して第３の電界電子放出素子２８の
動作電圧は若干高くなる。

【０１１６】次に、この電界電子放出素子２８の製造方
法について説明する。まず、図１０（ａ）に示すよう
に、基板１１上に、ベ−ス電極１２（Ｎｉ）、第１の絶
縁膜（ＳｉＯ₂ ）１３、第１の導電膜（ＷＳｉ）１４、
第２の絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）１５および第２の導電膜（Ｗ
Ｓｉ）１６を順次積層する。ついで、この最上層の第２
の導電膜１６上に金属マスク２４（Ａｌ）を被着し、こ
の金属マスク２４の表面にレジスト２５を塗布する。

【０１１７】次に、このレジスト２５を上記電子放出溝
のパタ−ン（蛇行状）にパタ−ンニングする。このパタ
−ンニングは、上記第１の実施例と異なり、ジャストフ
ォカ−スで行う（図６（ａ）に示す状態）。

【０１１８】ついで、このレジスト２５をマスクとし
て、例えばＢＣｌ₃ とＯ₂ の２種類の反応ガスを用いて
異方性エッチング（例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチ
ング）など）を行うと、図１０（ａ）に示すように、上
記金属マスク２４には略垂直な壁を有する開口２９が形
成される。

【０１１９】ついで、この金属マスク２４をマスクとし
て、この金属マスク２４に反応しない反応ガスを用いて
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行う。ここでは、
例えばＣＦ₄ とＯ₂ の２種類の反応ガスを導入してエッ
チングを行う。

【０１２０】このことで、上記金属マスク２４以外の層
（１６、１５、１４）を選択的にエッチングすることが
でき、図１０（ｂ）に示すように、上記第１、第２の導
電膜１４、１５は２分割され、第１、第２のエミッタ電
極１８、１９、および第１、第２のゲ−ト電極２０、２
１が形成されることとなる。

【０１２１】なお、上記ベ−ス電極１２は、Ｎｉ（Ａｌ
でも良い）で形成されているので、ＣＦ₄ とＯ₂ ではエ
ッチングされない。したがって、このベ−ス電極１２は
エッチングストッパとして機能する。

【０１２２】ついで、例えばＨＦ（５％〜１０％濃度の
希ふっ酸）を用いたウエットエッチングを行う。このこ
とで、ＳｉＯ₂ （第１、第２の絶縁層１３、１５）だけ
が選択的にエッチングされ、上記エミッタ電極１８、１
９およびゲ−ト電極２０、２１の電子放出溝１７内への
突出量が確保される。このことにより、同図（ｃ）に示
す電界電子放出素子２８を得ることができる。

【０１２３】このような構成によれば、上記第１の実施
例の電界電子放出素子１０よりは若干電子放出効率は低
下するが、電子を上方に放出することができ、略同じ効
果を得ることができる。

【０１２４】なお、上記この第３の実施例において、上
記第２の導電膜１６をＮｉで形成するようにすれば、こ
の第２の導電膜１６を金属マスクとして使用することが
でき、上記第２の実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【０１２５】なお、上記第１、第３の実施例のエミッタ
電極１８、１９および第１、第２のゲ−ト電極２０、２
１の平面視形状は、図１に示したものに限定されるもの
ではなく、例えば、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すような
形状であっても良い。

【０１２６】このような形状であっても、上記第１、第
２のエミッタ電極１８、１９の電子放出部に第１、第２
のゲ−ト電極２０、２１を近接させることができるの
で、上記第１〜第３の実施例と略同様の効果を得ること
ができる。

【０１２７】なお、特に（ｄ）に示す星形を採用した場
合には、鋭利なエッジが多くかつ高密度に形成されるか
ら、ト−タル電流値が高くなる。なお、以上述べた第１
〜第３の実施例では、電界電子放出素子１０、２８自体
の構成について説明したが、この電界電子放出素子１
０、２８の用途は自由である。例えば、面発光型の平面
ディスプレイ装置、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、電子
ビ−ム直描装置、或いは、レチクル作製用の露光装置等
の電子放出源として利用することが考えられる。

【０１２８】次に述べる第４、第５の実施例では、上記
電界電子放出素子１０を平面ディスプレイに適用した例
を説明する。まず、第４の実施例の平面ディスプレイ装
置を図１２および図１３に基づいて説明する。

【０１２９】この平面ディスプレイ装置は、図１２に示
すようなものであり、第１の実施例の電子放出素子１０
を集積してなる電子放出源３０と、この電子放出源３０
から放出された電子を受けて発光表示を行う表示部３１
とからなる。

【０１３０】この電子放出源３０は、図に示すように、
マトリックス状に配設された多数の電子放出領域３２…
を有する。各電子放出領域３２には、前記電界電子放出
素子アレイ９が複数列形成されている。すなわち、各電
子放出領域３２には、多数の電界電子放出素子１０が集
積されている。

【０１３１】このような電子放出源３０は、第１あるい
は第２の実施例で説明した方法（図５あるいは図９）に
より上記基板１１上に多数の電界電子放出素子１０を作
成することで得ることができる。また、最上層に位置す
る第２の導電膜１６は、エッチングの手段を用いて各電
子放出領域３２を含む複数列の導電膜１６ａに分割さ
れ、アドレスラインを構成している。

【０１３２】なお、このアドレスライン１６ａの形成
は、例えば、図５（ｂ）および（ｃ）に示す工程におい
て、上記金属マスク２４に、上記帯状のアドレスライン
用のパタ−ンを形成しておくことで作成することができ
る。

【０１３３】一方、上記表示部３１は、透明基板（石英
ガラス等）３４と、この透明基板３４の上記電子放出源
３０側の表面に被着され、上記第２の導電膜（アドレス
ライン）と直交する多数の帯状に分割された透明導電膜
３５（アノ−ド電極）と、この透明導電膜３５の表面側
に被着された多色発光蛍光体３６とからなる。

【０１３４】ここでは、上記透明導電膜３５として、例
えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を用いている。この
ＩＴＯ膜は、酸化錫をド−プした酸化インジウム膜であ
り、導電性と透光製を有する膜である。

【０１３５】また、上記多色発光蛍光体３６は、低加速
電子線用の蛍光体であり、例えばＺｎＯ：Ｚｎが利用さ
れる。なお、上記帯状の透明導電膜３５は、上記電子放
出源３０に形成されたアドレスライン（導電膜１６ａ）
に対してデ−タラインを構成する。

【０１３６】最後に、この表示部３１と上記電子放出源
３０は、図示しない縁部で互いに接合される。この接合
は、例えば真空雰囲気中で静電接合を利用して行われ、
上記表示部３１と電子放出源３０とによって挟まれた空
間は真空に保たれる。

【０１３７】このように構成された平面ディスプレイ装
置では、上記各電界電子放出素子１０を集積してなる電
子放出領域３２が、この平面ディスプレイ装置の１画素
を構成する。そして、上記電子放出源３０の導電膜から
なるアドレスラインと上記表示部３１の透明導電膜３５
からなるデ−タラインとに、それぞれ駆動ドライバ３
８、３９を接続すれば、例えば、単純マトリックス方式
の液晶ディスプレイ装置と同様の方法で駆動することが
できる。

【０１３８】すなわち、図１３に示すように、上記ベ−
ス電極１２に対しては１０Ｖを印加しておき、上記エミ
ッタ電極１８、１９（第１の導電膜１４）には電圧を加
えずｇｒａｎｄ（０Ｖ）としておく。そして、所定のゲ
−ト電極２０、１１（アドレスライン：第２の導電膜１
６ａ）にベ−ス電極１２よりも高い電圧（１００Ｖ）を
選択的に印加すれば、その電圧差によって、そのアドレ
スライン上に位置する任意の上記電界電子放出素子１０
から電子が上方に放出されることになる。

【０１３９】一方、放出された電子は、同図左側に示す
ように、選択的に電圧が印加されてなるデ−タライン
（透明導電膜３５）に引き寄せられ収束する。このこと
によって、所望位置の蛍光体３６を発光させることがで
き、表示部３１に必要な表示を行わせることができる。

【０１４０】なお、上記任意のデ−タライン３５に対
し、選択的に電圧を与えないか、またはマイナスの電圧
を与えれば、同図の右側に示すように、電子は表示部ま
で達しないから上記蛍光体３６の発光は行われない。

【０１４１】このような構成の平面ディスプレイ装置に
よれば、以下の効果を得ることができる。第１に、低い
作動電力であっても良好に作動する平面ディスプレイ装
置を得ることができる。

【０１４２】すなわち、この発明の電界電子放出素子１
０は前述したように電子放出効率が非常に高く、この電
界電子放出素子１０を集積してなる電子放出領域３２は
平面ディスプレイに適した面状電子ビ−ム放出源とな
る。このため、低い作動電力であっても良好に作動する
平面ディスプレイ装置を得ることができる。

【０１４３】第２に、平面ディスプレイ装置の画素を非
常に緻密に配置することができる効果がある。すなわ
ち、この平面ディスプレイ装置では、電界電子放出素子
１０どうしを接近させても、各電界電子放出素子１０間
の距離がエミッタ電極とゲ−ト電極間の距離よりも少し
でも大きければ影響はない。

【０１４４】このため、電界電子放出素子１０どうしの
間隔を非常に小さくして１画素となる電子放出領域３２
を形成し、これらを緻密に配置することで、上記電子放
出源３０側に非常に狭い間隔でアドレスラインを形成す
るようにしてもクロスト−ク等の問題は生じない。

【０１４５】第３に、上記表示部３１側にデ−タライン
を設けることによって、発散する電子ビ−ムを収束させ
ることができるから、発光箇所を正確に制御することが
できる効果がある。

【０１４６】次に、この発明の第５の実施例について図
１４を参照して説明する。なお、上記第４の実施例と同
様の構成要素については同一符号を付してその詳しい説
明は省略する。

【０１４７】この第５の実施例の平面ディスプレイは、
上記ベ−ス電極１２を上記電子放出領域３２毎に分割し
てアドレスラインとして構成し、上記第２の導電膜１６
をこれと直交するデ−タラインとして構成したものであ
る。

【０１４８】すなわち、上記第４の実施例と異なり、電
子放出源３０側にアドレスラインとデ−タラインが形成
されている。したがって、上記表示部３１に設けられた
透明導電膜３５は分割されておらず、図に示すように上
記透明基板３４の全面に亘って被着されている。

【０１４９】この平面ディスプレイ装置では、ＴＦＴを
用いたアクティブマトリックス型の液晶ディスプレイ装
置と同様の制御方法を採ることができる。すなわち、駆
動ドライバを制御し、任意のアドレスライン（ベ−ス電
極１２）とデ−タライン（第２の導電膜１６）とを選択
してそれぞれに１０Ｖと１００Ｖの電圧を印加する。

【０１５０】このことで、そのラインが交わる箇所に位
置する電子放出領域３２から表示部側に電子が放出さ
れ、この電子放出領域３２に対向する蛍光体３６を発光
させることができる。

【０１５１】なお、上記第２の導電膜１６に１００Ｖの
電圧を印加するのみでは、上記電子は放出されない。上
記エミッタ電極１８、１９の電子放出部１８ａ、１９ａ
に対する電界集中が足りないからである。しかし、上記
ベ−ス電極１２に１０Ｖを印加することで、上記電子放
出部１８ａ、１９ａに対する電界集中度が向上するから
電子が放出されることになる（図８参照）。

【０１５２】このような平面ディスプレイ装置であって
も上記第４の実施例と略同様の効果を得ることができ
る。次に、第６の実施例の平面ディスプレイ装置を図１
５を参照して説明する。

【０１５３】この第６の実施例の平面ディスプレイ装置
は、上記電子放出源３０側のベ−ス電極１２をアドレス
ラインとして構成し、上記表示部３１側の透明導電膜３
５をデ−タラインとして構成したものである。そして、
上記第２の導電膜１６（ゲ−ト電極２０、２１）には常
時１００Ｖを印加し、上記第１の導電膜１４（エミッタ
電極１８、１９）はｇｒａｎｄ（０Ｖ）に接続してい
る。

【０１５４】このような構成によれば、上記第４の実施
例と同様に、単純マトリックス方式の液晶ディスプレイ
装置と同様の制御方法を採ることができる。そして、上
記第４の実施例と同様の効果を得ることができる。

【０１５５】次に、この発明の第７の実施例の電界電子
放出素子について図１６を参照して説明する。なお、前
記実施例と同様の構成要素については、同一符号を付し
てその説明を省略する。

【０１５６】前記平面ディスプレイ装置に応用された第
１〜第３の電界電子放出素子１０、２８は、いずれも上
方向にのみ電子を放出するものであったが、この第７の
実施例の電界電子放出素子４２は、上方向だけでなく下
方向にも電子を放出することができるようにしたもので
ある。

【０１５７】すなわち、この電界電子放出素子４２は、
図１６に示すように、上記ベ−ス電極１２についても、
上記ゲ−ト電極２０、２１と同様に、第１、第２のベ−
ス電極１２ａ、１２ｂに分割し、この第１、第２のベ−
ス電極１２ａ、１２ｂからも上記エミッタ電極１８（１
９）に対して電界を印加するものである。

【０１５８】すなわち、このような構成によれば、上記
ゲ−ト電極２０、２１とベ−ス電極１２ａ、１２ｂとに
略同じ電圧（１００Ｖ）を与えることで、上記エミッタ
電極１８の電子放出部１８ａに対して効率良く電界を印
加することができ、そして、この電子放出部１８ａから
引き出した電子を偏向させて上下に２分割して放出する
ことができる。

【０１５９】次に、この電界電子放出素子４２を利用し
た平面ディスプレイ装置を、同図に基づいて説明する。
この平面ディスプレイ装置は、この電界電子放出素子４
２を用いることで、両面表示可能な平面ディスプレイを
実現するものである。

【０１６０】上記電界電子放出素子４２は、上記第４〜
第６の平面ディスプレイ装置と同様にアレイ状に集積化
され、電子放出領域３２毎にマトリックス状に配置され
てなり、電子放出源３０´を構成している（図１２参
照）。そして、上記ゲ−ト電極２０、２１（第２の導電
膜１６）とベ−ス電極１２ａ、１２ｂ（１２）は、上記
電子放出領域３２毎に帯状に分割され、アドレスライン
を構成している。

【０１６１】一方、この電子放出源３０´の上下には、
それぞれ、上記第４の実施例と同じ構成を有する表示部
３１が対向配置されている。この各表示部３１には、上
記アドレスラインを構成する上記第２の導電膜１６およ
びベ−ス電極１２に直交する帯状の透明導電膜３５が形
成されている。そして、上記上側の表示部３１に設けら
れた透明導電膜３５は第１のデ−タラインを構成し、下
側の表示部３１に設けられた透明導電膜３５は第２のデ
−タラインを構成している。

【０１６２】このような平面ディスプレイ装置では、上
記ゲ−ト電極２０、２１およびベ−ス電極１２ａ、１２
ｂに対してアドレスライン用駆動ドライバ３８からアド
レス信号を与えると共に、各表示部３１の上記透明導電
膜３５に与える電圧を、それぞれ第１、第２のデ−タラ
イン用駆動ドライバ３９ａ、３９ｂで個別に制御する。
このことで、上記２つの表示部３１に異なる画像を表示
することができる。

【０１６３】このような構成によれば、両面表示可能な
平面ディスプレイを非常に簡単な構成で得ることができ
る。すなわち、従来の液晶ディスプレイ装置では、一つ
の素子で両面別々の表示を行うことは不可能であった。
また、発光を得るにはバックライト等が必要であるか
ら、構成が非常に複雑化するということがあった。

【０１６４】しかし、この第７の実施例の構成によれ
ば、このような欠点を克服した非常に薄い両面ディスプ
レイ装置を得ることができる効果がある。なお、この発
明は、上記一実施例に限定されるものではなく、発明の
要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。

【０１６５】例えば、上記実施例においては、上記エミ
ッタ電極１８、１９の電子放出部１８ａ、１９ａを作成
するために、前記レジスト２５を残留部２６を残して露
光するようにし、このような露光を行うために露光の焦
点位置をこのレジスト２５からずらして行うようにし
た。しかし、これに限定されるものではない。

【０１６６】例えば、前記レジスト２５の代わりに、化
学増幅系レジスト、一例として、ＩＢＭ社のMaltabes.
J.G氏らがProc.SPIE Vol.1262(1990)に発表しているよ
うな化学増幅系レジストを用いても良い。このようなレ
ジストに対して、アミン化合物（例えばＮＨ3 等）を含
む雰囲気中で例えばエキシマレ−ザ光を用いたパタ−ン
ニングを行うと、このレ−ザ光が照射された領域にはレ
ジスト現像液に対して一部難溶な層ができる。

【０１６７】ついで、このレジストを現像すると、この
レジストは、完全には抜け切らず残留部が生じることと
なる。そして、この残留部を含むレジストをマスクとし
て異方性エッチング（ＲＩＥ）を行うと、上記第１、第
２の実施例と同様の効果を得ることができる。

【０１６８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の電界電
子放出素子は、エミッタ電極に対して、ゲ−ト電極から
だけでなく、ベ−ス電極からも電界を印加するようにし
たものである。

【０１６９】このことにより、上記エミッタ電極の尖鋭
化された電子放出部の電界集中度を向上させることがで
きる。したがって、低い電圧であっても良好に電子を放
出することができる効果がある。

【０１７０】そして、この際、ゲ−ト電極とエミッタ電
極の電位差を、上記ベ−ス電極とエミッタ電極の電位差
よりも大きくすることで、放出される電子をベ−ス電極
側に偏向させることができ、アノ−ド電極側に良好に導
くことが可能になる。

【０１７１】したがって、この電界電子放出素子を集積
して電子放出源や平面ディスプレイ装置を構成すること
によって、これらの装置を低い電圧であっても良好に作
動する平面ディスプレイ装置を得ることができる。

【０１７２】また、この発明の電界電子放出素子の製造
方法によれば、上記エミッタ電極の製造、特に、エミッ
タ電極の尖鋭化および電極間もギャップの縮小化をパタ
−ンニングの解像度に影響されずに行うことが可能であ
る。したがって上述した電子放出効率の高い電界電子放
出素子およびこの電界電子放出素子を集積してなる平面
ディスプレイ装置を容易に製造することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す平面図、および
縦断面図。

【図２】同じく、斜視図。

【図３】同じく、動作を説明する縦断面図。

【図４】同じく、エミッタ電極の尖鋭度を説明するため
の、平面図、側面図および斜視図。

【図５】同じく、電界電子放出素子の製造工程を示す工
程図。

【図６】同じく、焦点距離と、レジストの形状の関係を
示す説明図。

【図７】同じく、エミッタ電極およびゲ−ト電極の形状
と、電界集中度の関係を示す平面図。

【図８】同じく、ベ−ス電極と、電界集中度の関係を示
す縦断面図。

【図９】第２の実施例の電界電子放出素子の製造工程を
示す工程図。

【図１０】第３の実施例の電界電子放出素子の製造工程
を示す工程図。

【図１１】第１〜第３の実施例の変形例を示す平面図。

【図１２】第４の実施例の平面ディスプレイ装置を示す
斜視図。

【図１３】同じく、縦断面図。

【図１４】第５の実施例の平面ディスプレイ装置を示す
縦断面図。

【図１５】第６の実施例の平面ディスプレイ装置を示す
縦断面図。

【図１６】第７の実施例の電界電子放出素子および平面
ディスプレイ装置を示す縦断面図。

【図１７】従来のスピント型の電界電子放出素子を示す
断面図。

【図１８】従来の平面型の電界電子放出素子を示す平面
図、および縦断面図。

【符号の説明】

１０…電界電子放出素子、１０…基板、１１…基板、１
２…ベ−ス電極、１３…第１の絶縁膜、１４…第１の導
電膜、１５…第２の絶縁膜、１６…第２の導電膜、１８
…第１のエミッタ電極、１８ａ…電子放出部、１９…第
２のエミッタ電極、１９ａ…電子放出部、２０…第１の
ゲ−ト電極、２１…第２のゲ−ト電極、２２…アノ−ド
電極、３０…電子放出源、３１…表示部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/304 H01J 9/02 H01J 29/02 H01J 31/12

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 尖鋭化された電子放出部を有し、電界が
   与えられることでこの電子放出部から電子を放出する板
   状のエミッタ電極と、 このエミッタ電極の一面側に絶縁層を介して積層され、
   上記エミッタ電極に電界を与えるベ−ス電極と、 このエミッタ電極の他面側に絶縁層を介して積層され、
   上記エミッタ電極に電界を与えるゲ−ト電極とを有し、 上記ゲ−ト電極は、上記エミッタ電極の他面と平行な方
   向に所定ギャップを存して分割され、各々上記エミッタ
   電極の電子放出部に電界を与える第１、第２のゲ−ト電
   極を有し、 上記エミッタ電極から放出された電子は、この第１、第
   ２のゲ−ト電極間を通して上記エミッタ電極の他面側に
   放出され、 上記ベ−ス電極は、上記エミッタ電極の一面と平行な方
   向に所定ギャップを存して分割され、各々上記エミッタ
   電極の電子放出部に電界を与える第１、第２のベ−ス電
   極を有し、 上記エミッタ電極から放出された電子は、この第１、第
   ２のベ−ス電極の間を通してエミッタ電極の一面側にも
   放出される ことを特徴とする電界電子放出素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電界電子放出素子におい
   て、 上記エミッタ電極の電子放出部は、このエミッタ電極の
   他面側からえぐられることで、厚さ方向に尖鋭化されて
   いることを特徴とする電界電子放出素子。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電界電子放出素子におい
   て、 上記第１、第２のゲ−ト電極のいずれか一方は、上記エ
   ミッタ電極の電子放出部を囲む縁部を有することを特徴
   とする電界電子放出素子。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電界電子放出素子におい
   て、 上記エミッタ電極は、上記ゲ−ト電極およびベ−ス電極
   と平行な方向に所定隙間を存して分割された第１、第２
   のエミッタ電極を有し、 第１、第２のエミッタ電極のそれぞれに電子放出部が設
   けられ、 上記第１のエミッタ電極の電子放出部と、第２のエミッ
   タ電極の電子放出部は、上記ゲ−ト電極およびベ−ス電
   極と平行な方向に交互に設けられていることを特徴とす
   る電界電子放出素子。
5. 【請求項５】 尖鋭化された電子放出部を有し、電界が
   与えられることでこの電子放出部から電子を放出する板
   状のエミッタ電極と、 このエミッタ電極の一面側に絶縁層を介して積層され、
   上記エミッタ電極に電界を与えるベ−ス電極と、 このエミッタ電極の他面側に絶縁層を介して積層され、
   上記エミッタ電極に電界を与えるゲ−ト電極とを有し、 上記エミッタ電極とベ−ス電極の電位差と、上記ゲ−ト
   電極とエミッタ電極の電位差を制御することで、上記エ
   ミッタ電極の一面側と他面側とに電子を放出させる制御
   手段を有する ことを特徴とする電界電子放出素子。