JP3874396B2 - 電子放出素子及びその製造方法並びに電子放出素子を用いた表示装置 - Google Patents
電子放出素子及びその製造方法並びに電子放出素子を用いた表示装置 Download PDFInfo
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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。
【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 display）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ＣＲＴ（cathode 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Ａｌ2Ｏ3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。
【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。
【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。
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。金属薄膜電極が正極になるようにオーミック電極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。
【０００７】
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。
【０００８】
【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。
【０００９】
【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、前記絶縁体層はその膜厚が漸次減少する少なくとも１つの電子放出部を有し、前記電子放出部以内において前記絶縁体層が前記電子供給層上で終端しかつ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、及び前記電子放出部の上部若しくは下部又は内部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域が設けられ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、前記電子放出部以内において前記薄膜電極の終端が前記絶縁体層の膜厚が前記漸次減少している部分上に位置す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、前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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。
本発明の電子放出素子においては、前記炭素領域は、前記島領域の上部若しくは前記金属薄膜電極上に積層された薄膜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、前記炭素領域は、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電圧が印加されつつ前記島領域上に積層された薄膜であ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、印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする。
本発明の電子放出素子においては、前記炭素領域は、前記金属薄膜電極内に分散され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、前記炭素領域は、前記金属薄膜電極下に積層された薄膜であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電子放出素子においては、前記炭素領域は、前記絶縁体層下に積層された薄膜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、前記金属薄膜電極は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少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、前記炭素領域は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少していることを特徴とする。
【００１３】
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、前記電子放出部外では５０ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴とする。
【００１４】
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及び前記絶縁体層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、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逆テーパブロックを備えていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、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を基板上に形成する電子供給層形成工程と、
各々が前記電子供給層上に接触する部分周りに影を形成する遮蔽体を前記電子供給層上に形成する遮蔽体形成工程と、
前記電子供給層及び前記遮蔽体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、前記遮蔽体下の接触する部分周囲の前記絶縁体層の膜厚が漸次減少する島領域となるように、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、前記島領域を電子放出部として形成する金属薄膜電極形成工程と、を含む電子放出素子の製造方法であって、
前記島領域の近傍に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域を設ける工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
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直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記遮蔽体除去工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程において、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しつつ炭素領域の薄膜を積層することを特徴とする。
【００１７】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする。
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記絶縁体形成工程の直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の中に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極内に分散されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の直前に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極下に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程は前記絶縁体形成工程の直前に実行され、前記炭素領域が前記絶縁体層下に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
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直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記遮蔽体除去工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程の直後、前記金属薄膜電極形成工程の直後又は前記遮蔽体除去工程の直後に、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。
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記遮蔽体は微粒子であり、前記遮蔽体形成工程において前記微粒子を前記電子供給層上に散布する工程を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記遮蔽体は、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であり、前記遮蔽体形成工程において、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。
【００２２】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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。さらに、本発明の表示装置は、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、からなる電子放出表示装置であって、前記電子放出素子の各々は、金属若しくは金属化合物又は半導体からなりかつオーミック電極上に形成された電子供給層、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ること、前記絶縁体層はその膜厚が漸次減少する少なくとも１つの電子放出部を有し、前記電子放出部以内において前記絶縁体層が前記電子供給層上で終端しかつ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、及び前記電子放出部の上部若しくは下部又は内部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域が設けられていることを特徴とする。本発明の表示装置においては、前記電子放出部以内において前記薄膜電極の終端が前記絶縁体層の膜厚が前記漸次減少している部分上に位置することを特徴とする。
【００２３】
本発明の表示装置においては、前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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、前記炭素領域は、前記島領域の上部若しくは前記金属薄膜電極上に積層された薄膜であることを特徴とする。
本発明の表示装置においては、前記炭素領域は、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電圧が印加されつつ前記島領域上に積層された薄膜であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の表示装置においては、印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする。
本発明の表示装置においては、前記炭素領域は、前記金属薄膜電極内に分散されていることを特徴とする。
本発明の表示装置においては、前記炭素領域は、前記金属薄膜電極下に積層された薄膜であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の表示装置においては、前記炭素領域は、前記絶縁体層下に積層された薄膜であることを特徴とする。
本発明の表示装置においては、前記金属薄膜電極は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少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、前記炭素領域は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少していることを特徴とする。
【００２６】
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、前記電子放出部外では５０ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴とする。
【００２７】
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及び前記絶縁体層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。
本発明の表示装置においては、前記島領域において、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逆テーパブロックを備えていることを特徴とする。
【００２８】
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。
【００２９】
【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界面が延在する方向において各々それらの膜厚が漸次減少する複数の島領域の上部若しくは下部又は内部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域が設けられているので、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が得られる。
【００３０】
さらに、本発明の電子放出素子では、その島領域以外の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。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（電子放出素子）
図１に示すように、本実施の形態の電子放出素子Ｓは、例えば、ガラスの素子基板１０上にアルミニウム（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、その上部少なくとも凹部１４上に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０が成膜されて構成される。炭素領域４０の材料として無定形炭素，グラファイト，カルビン，フラーレン(C2n)，ダイヤモンドライクカーボン，カーボンナノチューブ，ダイヤモンド，などの形態の炭素、或いは、ＺｒＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，ＭｏＣなどの炭素化合物が有効である。
【００３２】
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。
【００３３】
絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５には、凹部１４、すなわち、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島領域１４上に炭素領域４０が積層されている。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。炭素領域４０は金属薄膜電極１５、絶縁体層１３及び電子供給層１２を覆っている。
【００３４】
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（ＳｉＣ）、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ＣｕＩｎＴｅ2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。
【００３５】
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，Ｃｄ，Ｌｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得る。
【００３６】
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，ＣｓＯx，ＢｅＯx，ＭｇＯx，ＭｇＮx，ＣａＯx，ＣａＮx，ＳｒＯx，ＢａＯx，ＳｃＯx，ＹＯx，ＹＮx，ＬａＯx，ＬａＮx，ＣｅＯx，ＰｒＯx，ＮｄＯx，ＳｍＯx，ＥｕＯx，ＧｄＯx，ＴｂＯx，ＤｙＯx，ＨｏＯx，ＥｒＯx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯ x ，ＴｉＯx，ＺｒＯx，ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，ＴｈＯx，ＶＯx，ＶＮx，ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，ＴａＮx，ＣｒＯx，ＣｒＮx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，ＷＯx，ＷＮx，ＭｎＯx，ＲｅＯx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，ＲｕＯx，ＯｓＯx，ＣｏＯx，ＲｈＯx，ＩｒＯx，ＮｉＯx，ＰｄＯx，ＰｔＯx，ＣｕＯx，ＣｕＮx，ＡｇＯx，ＡｕＯx，ＺｎＯx，ＣｄＯx，ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，ＡｌＯx，ＡｌＮx，ＧａＯx，ＧａＮx，ＩｎＯx，ＳｉＮx，ＧｅＯx，ＳｎＯx，ＰｂＯx，ＰＯx，ＰＮx，ＡｓＯx，ＳｂＯx，ＳｅＯx，ＴｅＯxなどの金属酸化物又は金属窒化物でもよい。
【００３７】
また、ＬｉＡｌＯ2，Ｌｉ2ＳｉＯ3，Ｌｉ2ＴｉＯ3，Ｎａ2Ａｌ22Ｏ34，ＮａＦｅＯ2，Ｎａ4ＳｉＯ4，Ｋ2ＳｉＯ3，Ｋ2ＴｉＯ3，Ｋ2ＷＯ4，Ｒｂ2ＣｒＯ4，ＣＳ2ＣｒＯ4，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＭｇＦｅ2Ｏ4，ＭｇＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＣａＷＯ4，ＣａＺｒＯ3，ＳｒＦｅ12Ｏ19，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＺｒＯ3，ＢａＡｌ2Ｏ4，ＢａＦｅ12Ｏ19，ＢａＴｉＯ3，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12，Ｙ3Ｆｅ5Ｏ12，ＬａＦｅＯ3，Ｌａ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｌａ2Ｔｉ2Ｏ7，ＣｅＳｎＯ4，ＣｅＴｉＯ4，Ｓｍ3Ｆｅ5Ｏ12，ＥｕＦｅＯ3，Ｅｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＧｄＦｅＯ3，Ｇｄ3Ｆｅ5Ｏ12，ＤｙＦｅＯ3，Ｄｙ3Ｆｅ5Ｏ12，ＨｏＦｅＯ3，Ｈｏ3Ｆｅ5Ｏ12，ＥｒＦｅＯ3，Ｅｒ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｔｍ3Ｆｅ5Ｏ12，ＬｕＦｅＯ3，Ｌｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＮｉＴｉＯ3，Ａｌ2ＴｉＯ3，ＦｅＴｉＯ3，ＢａＺｒＯ3，ＬｉＺｒＯ3，ＭｇＺｒＯ3，ＨｆＴｉＯ4，ＮＨ4ＶＯ3，ＡｇＶＯ3，ＬｉＶＯ3，ＢａＮｂ2Ｏ6，ＮａＮｂＯ3，ＳｒＮｂ2Ｏ6，ＫＴａＯ3，ＮａＴａＯ3，ＳｒＴａ2Ｏ6，ＣｕＣｒ2Ｏ4，Ａｇ2ＣｒＯ4，ＢａＣｒＯ4，Ｋ2ＭｏＯ4，Ｎａ2ＭｏＯ4，ＮｉＭｏＯ4，ＢａＷＯ4，Ｎａ2ＷＯ4，ＳｒＷＯ4，ＭｎＣｒ2Ｏ4，ＭｎＦｅ2Ｏ4，ＭｎＴｉＯ3，ＭｎＷＯ4，ＣｏＦｅ2Ｏ4，ＺｎＦｅ2Ｏ4，ＦｅＷＯ4，ＣｏＭｏＯ4，ＣｏＴｉＯ3，ＣｏＷＯ4，ＮｉＦｅ2Ｏ4，ＮｉＷＯ4，ＣｕＦｅ2Ｏ4，ＣｕＭｏＯ4，ＣｕＴｉＯ3，ＣｕＷＯ4，Ａｇ2ＭｏＯ4，Ａｇ2ＷＯ4，ＺｎＡｌ2Ｏ4，ＺｎＭｏＯ4，ＺｎＷＯ4，ＣｄＳｎＯ3，ＣｄＴｉＯ3，ＣｄＭｏＯ4，ＣｄＷＯ4，ＮａＡｌＯ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｒＡｌ2Ｏ4，Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12，ＩｎＦｅＯ3，ＭｇＩｎ2Ｏ4，Ａｌ2ＴｉＯ5，ＦｅＴｉＯ3，ＭｇＴｉＯ3，Ｎａ2ＳｉＯ3，ＣａＳｉＯ3，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ2ＧｅＯ3，Ｌｉ2ＧｅＯ3，Ｎａ2ＧｅＯ3，Ｂｉ2Ｓｎ3Ｏ9，ＭｇＳｎＯ3，ＳｒＳｎＯ3，ＰｂＳｉＯ3，ＰｂＭｏＯ4，ＰｂＴｉＯ3，ＳｎＯ2−Ｓｂ2Ｏ3，ＣｕＳｅＯ4，Ｎａ2ＳｅＯ3，ＺｎＳｅＯ3，Ｋ2ＴｅＯ3，Ｋ2ＴｅＯ4，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、
ＨｇＣｌ，ＦｅＣｌ2，ＣｒＣｌ3などの塩化物、
ＡｇＢｒ，ＣｕＢｒ，ＭｎＢｒ2などの臭化物、
ＰｂＩ2，ＣｕＩ，ＦｅＩ2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。
【００３８】
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，ＭｏＣ，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。
【００３９】
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１００〜１０００ｎｍ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，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得る。
（電子放出素子の製造方法）
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 vapor deposition）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。
【００４０】
図１に示す炭素領域４０で覆われた凹部である島領域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１１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の上に球状の微粒子２０の複数を均一に散布する。遮蔽体である微粒子の形状は、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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１５の間に境界が存在し、その境界から微粒子２０と電子供給層１２の接点に向かって、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。
【００４３】
図６に示すように、この金属薄膜電極形成工程の後に、微粒子の複数を超音波洗浄などによって除去することによって、陥没した円形凹部の島領域１４の複数が形成される。
つぎに、図７又は図８に示すように、この微粒子を除去する遮蔽体除去工程の後に、炭素領域４０が島領域１４と金属薄膜電極１５上に薄膜として形成される。
【００４４】
図７に示すように、この炭素領域を設ける工程において、凹部島領域が設けられた基板を真空チャンパに装填して、メタンガスなどの炭化水素ガスを真空チャンバ３９に導入して、０．１〜１×１０-6Ｔｏｒｒ程度の減圧した炭化水素の雰囲気下で、電子供給層１２と金属薄膜電極１５との間にオーミック電極１１を介して電圧を印加する。この工程で、チャンバ内の炭化水素が金属薄膜電極１５全面並びに凹部島領域１４の絶縁体層１３及び電子供給層１２上に吸着、堆積又は反応してを主成分とした炭素領域４０の薄膜が積層される。この炭素領域形成工程において、電圧印加期間を設け、１以上の電圧印加期間により繰り返して電圧印加を繰り返すことが好ましい。
【００４５】
また、図８に示すように、炭素ターゲット４１を用いてスパッタ法などにより、炭素領域４０を薄膜として島領域１４と金属薄膜電極１５上に一様に積層、形成することもできる。
一方、上記実施の形態の場合、微粒子２０は電子供給層１２に接しているが、これの他に、図９に示すように、微粒子散布工程（図３）の直前に予備絶縁体層１３ｂを予めスパッタにより形成し、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。予備絶縁体層１３ｂを設ける場合その膜厚は数十〜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。
【００４６】
また、上記実施の形態の場合、炭素領域４０は金属薄膜電極１５、絶縁体層１３及び電子供給層１２を覆うように積層された薄膜であるが、図１０に示すように、炭素領域４０が島領域１４において絶縁体層１３又は金属薄膜電極１５上で終端してもよい。この場合、炭素領域を設ける工程は図５に示す金属薄膜電極形成工程の直後に実行され、微粒子を除去する遮蔽体除去工程の前に、炭素領域４０を金属薄膜電極１５上に積層された薄膜として形成する。その後、微粒子を除去して図１０に示す構造が得られる。
【００４７】
またさらに、図１１に示すように、炭素領域は、金属薄膜電極内に分散されて金属薄膜電極１５ａとして設けることもできる。この場合、図４に示す絶縁体層１３の形成工程の後に微粒子を除去する遮蔽体除去工程を実行して凹部を形成し、その後、炭素領域を設ける工程は金属薄膜電極形成工程として、炭素又は炭素化合物と金属との混合した状態で、例えば混合ターゲットを用いるか、或いは、炭素又は炭素化合物ガス雰囲気でスパッタとおこなうことで金属薄膜電極１５を成膜して炭素領域を含む金属薄膜電極１５ａを絶縁体層１３上に積層する。これにより、図１１に示す構造が得られる。
【００４８】
また、図１２に示すように、炭素領域４０は島領域１４において金属薄膜電極１５下に積層された薄膜として形成してもよい。この場合、炭素領域を設ける工程は図４に示す絶縁体層１３の形成工程の後に実行され、炭素領域４０を絶縁体層１３上に成膜して、その後、炭素領域４０上に金属薄膜電極１５を成膜する金属薄膜電極形成工程を行う。このように、炭素領域を設ける工程は金属薄膜電極形成工程の直前に実行される。その後、微粒子を除去して図１２に示す金属薄膜電極１５及び絶縁体層１３間に成膜した炭素領域４０の構造が得られる。
【００４９】
またさらに、図１３に示すように、炭素領域４０は、電子供給層１２及び絶縁体層１３間に成膜した薄膜であってもよい。この場合、図２に示す電子供給層１２の成膜後、炭素領域４０を電子供給層１２上に一様に成膜して、その後、炭素領域４０上に微粒子２０を散布して、図４に示す絶縁体形成工程から図６に示す金属薄膜電極１５を成膜する金属薄膜電極形成工程までを行う。このように、炭素領域を設ける工程は微粒子２０の散布工程の直前に実行される。その後、微粒子を除去して図１３に示す絶縁体層１３下に積層された炭素領域４０の構造が得られる。
【００５０】
またさらに、図１４に示すように、電子供給層１２及び絶縁体層１３間に成膜した炭素領域４０を、凹部の島領域１４において絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５とともにその膜厚が漸次減少する薄膜として成膜してもよい。この場合、図３に示す電子供給層１２上に微粒子２０を散布した後、炭素領域４０を電子供給層１２及び微粒子２０上に成膜して、その後、図４に示す絶縁体形成工程から図６に示す金属薄膜電極１５を成膜する金属薄膜電極形成工程までを行う。このように、炭素領域を設ける工程は絶縁体形成工程の直前に実行される。その後、微粒子を除去して、図１４に示す絶縁体層１３下に積層されて島領域１４において膜厚が漸次減少する炭素領域薄膜の炭素領域４０が得られる。
【００５１】
このように、以上の実施の形態においては、各々の島領域１４は微粒子２０を除去して金属薄膜電極１５及び絶縁体層１３の平坦表面における凹部となるように形成されるが、電子放出素子としては微粒子２０を残した電子放出素子でもよい。例えば、最後の図６に示す微粒子除去工程を省いて、図１０、図１２、図１３及び図１４に示す電子放出素子に対応して、図１５、図１６、図１７及び図１８に示すように、微粒子２０を残した電子放出素子とすることができる。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。
【００５２】
さらにまた、上記実施の形態では島領域１４は微粒子によるクレータ状の凹部１４であるが、この形状に島状領域は限定されず、図２１に示すように島領域は溝状の凹部１４ａとしてもよく、図２４に示すようにコーン状の凹部１４ｂとしてもよい。島領域は矩形などその形状及び形成方法は任意である。
この図２１及び図２４に示す実施の形態における溝状の島領域１４ａ及びコーン状の島領域１４ｂの形成手順は、図１９及び図２２にそれぞれ示す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である。また、図２１及び図２４に示す電子放出素子は、図８に示す電子供給層１２上に予備絶縁体層１３ｂを設けた場合と同様に、予備絶縁体層を設けこの上に逆テーパブロック２１ａ及び２１ｂを形成してもよい。
【００５３】
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１０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。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ることができる。レジストの塗布には、スピンコート法を用いられる。レジストを電子供給層１２上に塗布後、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、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。逆テーパーブロック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。
【００５４】
逆テーパのレジストパターンを形成後、絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５を成膜して膜厚が漸次減少する島領域１４ａ及び１４ｂを形成して、図１９及び図２２に示す基板を作製し、逆テーパブロック２１ａ及び２１ｂをそれぞれ所定溶剤で除去し、図２０及び図２３に示す凹部である島領域の複数が表面に均一に形成された基板を得る。次に、電子供給層１２、絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５の上部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０を上記同様に成膜して電子放出素子が構成される。なお、図１９及び図２２に示すように逆テーパーブロック２１ａ及び２１ｂを除去せずに島領域の凹部中央にこれら逆テーパーブロックを残し炭素領域４０をこれらの上に成膜した電子放出素子も構成され得る。
（電子放出素子の導電経路成長）
さらに、任意ではあるが、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。
【００５５】
ここで電子供給層１２をＳｉで形成した場合、絶縁体層１３の縁部Ｂと金属薄膜電極１５の縁部Aとの間の絶縁体層若しくは炭素領域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。
【００５６】
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、導電経路成長工程を付加することによって、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、得られた素子の放出電流の安定化にも寄与する。
【００５７】
本実施の形態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、その上を炭素領域４０で覆った電子放出部を形成しているので、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若しくは炭素領域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。
【００５８】
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。
（電子放出素子を用いた発光素子）
この電子放出素子Ｓを発光素子として用いる場合、図１に示すように、電子放出素子Ｓの素子基板１０を背面の第１基板として、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（ＳｎＯ）、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。
【００５９】
図１に示すように、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５０Ｖ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内若しくは炭素領域４０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１５とその近傍の炭素領域４０を通して、真空中に放出されると推定される。
【００６０】
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。
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。
（実施例１）
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ＴｉＮ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。
【００６１】
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１．０μｍ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ＳｉＯ2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。
【００６２】
球状微粒子をエチルアルコールに分散させ、凝集しないように充分攪拌した。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１０００（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。
【００６３】
次に、微粒子散布基板の球状微粒子及び電子供給層上に、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、球状微粒子は表面に露出していた。もちろん微粒子表面上にＳｉＯ2は成膜されていた。微粒子と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。
【００６４】
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膜厚１０ｎｍで成膜して、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、微粒子と絶縁体層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層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った。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。
【００６５】
次に、当該基板から付着している分散微粒子を除去し、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。微粒子除去は、微粒子付き電子放出素子基板から、イソプロピルアルコールを用いた超音波洗浄によって、行った。洗浄液体は水、アセトン、エタノール、メタノールなども用いられ得る。
【００６６】
微粒子を除去し複数の凹部島領域が設けられた基板を、真空チャンパに装填して、２×１０-4Ｔｏｒｒの減圧雰囲気下で真空チャンバにメタンガスを導入して、基板上の電子供給層及び金属薄膜電極１５間にオーミック電極を介して電圧を印加する。電圧印加は３秒間に１ボルトのステップで０〜３５Ｖまで電圧を上昇及び下降させることを１サイクルの電圧印加期間として、１〜１５サイクル間欠的に繰り返した。サイクル及び時間を変化させて、炭化水素雰囲気下での電圧印加により、メタンが素子の島領域上に吸着、堆積又は反応して膜厚０〜５０ｎｍの薄膜が堆積された。
【００６７】
また、比較例として、真空チャンバにメタンガスを導入しない以外すなわち炭素領域の薄膜を設けないこと以外、上記実施例と同様の手順で電子放出素子の素子基板を複数作製した。比較例においては電子供給層と金属薄膜電極との間に実施例と同一の電圧を印加するのみで繰り返して通電処理した。
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。
【００６８】
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１０-7Ｔｏｒｒ又は１０-5Ｐａの真空になし、電子放出素子の発光素子を組立て、作製した。
作製した電子放出素子の発光素子及び比較例について、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３５Ｖ印加して、各素子のダイオード電流Ｉｄ（Diode Current）及び放出電流Ｉｅ（Emission Current）並びに効率（Ｉｅ／Ｉｄ）を測定した。その結果を、図２５及び図２６に示す。図中、横軸に炭素系膜成膜処理の繰り返し回数又は通電処理の繰り返し回数を、縦軸に電流量及び効率を示す。
【００６９】
図２５及び図２６に示すように、炭素系膜で覆われた凹部島状領域を有する実施例の電子放出素子は、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。この第１の実施例では、放出電流２×１０-2Ａ／cm2を越え、放出効率２％を越える素子が得られた。
（実施例２）
次に、上記第１の実施例と同様に作製した基板すなわち微粒子を除去し複数の凹部島領域が設けられた基板上に、炭素ターゲットを用いたスパッタ法により炭素領域を膜厚０〜５０ｎｍの種々の薄膜として積層した素子を作製した。また、比較例として、炭素領域の薄膜を設けないこと以外、上記実施例と同様の手順で電子放出素子の素子基板を複数作製した。ここでは第１の実施例と異なり、炭素析出中に電圧印加を行わない。
【００７０】
上記第１の実施例と同様、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、電子放出素子の発光素子を組立て、作製した。
作製した電子放出素子の発光素子及び比較例について、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３５Ｖ印加して、種々炭素系膜厚を有する素子のダイオード電流Ｉｄ（Diode Current）及び放出電流Ｉｅ（Emission Current）並びに効率（Ｉｅ／Ｉｄ）を測定した。図２７に、作製した素子の炭素系膜厚と素子の各電流量及び効率との関係を示す。
【００７１】
スパッタによる炭素系膜で覆われた凹部島状領域を有する第２の実施例の電子放出素子は、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。この第２の実施例では、放出電流４×１０-2Ａ／cm2を越え、放出効率６％を越える素子が得られた。
また、上記いずれの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５０ｎｍ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。
【００７２】
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ことも確認された。
（他の電子放出素子の構造）
さらに、上記実施の形態においては、絶縁体層及び金属薄膜電極には、それらの膜厚が島領域１４の中央に向け共に漸次減少する凹部又は溝状の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や、非対称に漸次減少するものや、平坦部として漸次減少する島領域を有する素子であってもよい。
【００７３】
例えば、更なる実施の形態として、図２８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。
図２８に示す溝凹部である島領域１４は、次のように形成できる。まず、オーミック電極１１及び電子供給層１２が順に形成された基板１０上に、図１９に示すライン状テーパーブロック２１ａと同様の方法によって、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少ない部分、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少ない部分、金属薄膜電極膜厚がに向け漸次減少する部分を金属薄膜電極１５に形成する。
【００７４】
図２８に示すように、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。
【００７５】
次に、露出している遮蔽壁２０ａ、絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５の上部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０を上記同様に炭素又は炭素化合物の材料のスパッタにより成膜して、図２９に示すように、電子放出素子が構成される。なお、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が露出した構造の上に炭素領域４０を形成することもできる。
【００７６】
またさらに、上記実施の形態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、更なる実施の形態として、図３０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はドット又はラインのマスクを用いフォトリソグラフィ及びエッチングなどの技術によって形成される。電子供給層１２の山部１２ａは図３０に示すように、山脈として連なっていても良いが、図３１に示すように、独立した凸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１３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の頂上を絶縁体層１３にて覆い、電子供給層１２を被覆した構造とすることもできる。
【００７７】
次に、図３２に示すように、露出している絶縁体層１３、電子供給層１２及び金属薄膜電極１５の上部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０を上記実施の形態と同様に成膜して、電子放出素子が構成される。
（電子放出素子を適用した表示装置）
図３３は、実施の形態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。図３４はその一部の断面を示す。
【００７８】
背面基板１０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上に成膜された炭素領域４０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。
【００７９】
電子放出素子Ｓは、図３４に示すように、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、金属薄膜電極１５及び島領域を覆う炭素領域４０からなる。図１に示すように炭素領域４０を内部の真空空間に向けることもできる。また、図１０〜図１８，図２１，図２４，図２９，または図３２に示すような、各々炭素領域４０が設けられた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複数の島領域を均一に有している。図３３及び図３４では凹部である複数の島領域を図示しないが、この絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５には複数の島領域が均一に形成されている。
【００８０】
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３４に示すように、電子放出素子Ｓ以外の周縁部にあらかじめ絶縁性或いは電気抵抗の大きい物質の支持部１７を形成しておく。この支持部１７は、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。
【００８１】
さらに、本実施の形態では、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３３では、隔壁ＲＲ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３３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。
【００８２】
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３３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１５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。
【００８３】
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、Ａｌ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３３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，ＳｉＮx，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。
【００８４】
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。
【００８５】
バス電極１６の材料としては、Ａｕ，Ｐｔ，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。
【００８６】
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１ｍｍ）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）ＦＲ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。
【００８７】
このように、実施の形態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。
【００８８】
さらなる他の実施の形態によれば、図３５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、上記実施の形態と同様に、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、微粒子などを除去して、凹部の島領域１４及び金属薄膜電極１５上に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０が成膜されて構成される。
【００８９】
この実施の形態の電子放出素子の炭素領域４０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３６に示すように、微粒子２０（又は逆テーパブロック）を残しそれらの上に炭素領域４０を施した電子放出発光素子３０でもよい。
【００９０】
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。
【００９１】
このさらなる実施の形態の構成により、電子放出素子の金属薄膜電極又は炭素領域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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電子放出素子の概略断面図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図６】 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。
【図７】 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。
【図８】 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。
【図９】 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。
【図１０】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１１】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１２】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１３】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１４】 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１５】 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１６】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１７】 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１８】 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１９】 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斜視図である。
【図２０】 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斜視図である。
【図２１】 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２２】 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斜視図である。
【図２３】 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斜視図である。
【図２４】 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２５】 炭素系膜成膜処理の繰り返し回数に対する、実施例の電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉｅ並びに効率の変化を示すグラフである。
【図２６】 通電処理の繰り返し回数に対する、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並びに効率の変化を示すグラフである。
【図２７】 炭素系膜厚に対する実施例の電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉｅ並びに効率の変化を示すグラフである。
【図２８】 本発明による更な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斜視図である。
【図２９】 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。
【図３０】 本発明による更な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斜視図である。
【図３１】 本発明による更な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斜視図である。
【図３２】 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。
【図３３】 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。
【図３４】 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３３における線ＡＡに沿った概略部分拡大断面図。
【図３５】 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。
【図３６】 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。
【符号の説明】
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
４０ 炭素領域
【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。
【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 display）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ＣＲＴ（cathode 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Ａｌ2Ｏ3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。
【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。
【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。
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。金属薄膜電極が正極になるようにオーミック電極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。
【０００７】
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。
【０００８】
【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。
【０００９】
【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、前記絶縁体層はその膜厚が漸次減少する少なくとも１つの電子放出部を有し、前記電子放出部以内において前記絶縁体層が前記電子供給層上で終端しかつ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、及び前記電子放出部の上部若しくは下部又は内部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域が設けられ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、前記電子放出部以内において前記薄膜電極の終端が前記絶縁体層の膜厚が前記漸次減少している部分上に位置す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、前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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。
本発明の電子放出素子においては、前記炭素領域は、前記島領域の上部若しくは前記金属薄膜電極上に積層された薄膜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、前記炭素領域は、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電圧が印加されつつ前記島領域上に積層された薄膜であ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、印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする。
本発明の電子放出素子においては、前記炭素領域は、前記金属薄膜電極内に分散され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、前記炭素領域は、前記金属薄膜電極下に積層された薄膜であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電子放出素子においては、前記炭素領域は、前記絶縁体層下に積層された薄膜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、前記金属薄膜電極は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少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、前記炭素領域は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少していることを特徴とする。
【００１３】
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、前記電子放出部外では５０ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴とする。
【００１４】
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及び前記絶縁体層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、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逆テーパブロックを備えていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、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を基板上に形成する電子供給層形成工程と、
各々が前記電子供給層上に接触する部分周りに影を形成する遮蔽体を前記電子供給層上に形成する遮蔽体形成工程と、
前記電子供給層及び前記遮蔽体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、前記遮蔽体下の接触する部分周囲の前記絶縁体層の膜厚が漸次減少する島領域となるように、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、前記島領域を電子放出部として形成する金属薄膜電極形成工程と、を含む電子放出素子の製造方法であって、
前記島領域の近傍に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域を設ける工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
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直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記遮蔽体除去工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程において、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しつつ炭素領域の薄膜を積層することを特徴とする。
【００１７】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする。
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記絶縁体形成工程の直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の中に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極内に分散されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の直前に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極下に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程は前記絶縁体形成工程の直前に実行され、前記炭素領域が前記絶縁体層下に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
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直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記遮蔽体除去工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記炭素領域を設ける工程の直後、前記金属薄膜電極形成工程の直後又は前記遮蔽体除去工程の直後に、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。
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記遮蔽体は微粒子であり、前記遮蔽体形成工程において前記微粒子を前記電子供給層上に散布する工程を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記遮蔽体は、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であり、前記遮蔽体形成工程において、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。
【００２２】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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。さらに、本発明の表示装置は、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、からなる電子放出表示装置であって、前記電子放出素子の各々は、金属若しくは金属化合物又は半導体からなりかつオーミック電極上に形成された電子供給層、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ること、前記絶縁体層はその膜厚が漸次減少する少なくとも１つの電子放出部を有し、前記電子放出部以内において前記絶縁体層が前記電子供給層上で終端しかつ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、及び前記電子放出部の上部若しくは下部又は内部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域が設けられていることを特徴とする。本発明の表示装置においては、前記電子放出部以内において前記薄膜電極の終端が前記絶縁体層の膜厚が前記漸次減少している部分上に位置することを特徴とする。
【００２３】
本発明の表示装置においては、前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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、前記炭素領域は、前記島領域の上部若しくは前記金属薄膜電極上に積層された薄膜であることを特徴とする。
本発明の表示装置においては、前記炭素領域は、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電圧が印加されつつ前記島領域上に積層された薄膜であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の表示装置においては、印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする。
本発明の表示装置においては、前記炭素領域は、前記金属薄膜電極内に分散されていることを特徴とする。
本発明の表示装置においては、前記炭素領域は、前記金属薄膜電極下に積層された薄膜であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の表示装置においては、前記炭素領域は、前記絶縁体層下に積層された薄膜であることを特徴とする。
本発明の表示装置においては、前記金属薄膜電極は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少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、前記炭素領域は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少していることを特徴とする。
【００２６】
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、前記電子放出部外では５０ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴とする。
【００２７】
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及び前記絶縁体層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。
本発明の表示装置においては、前記島領域において、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逆テーパブロックを備えていることを特徴とする。
【００２８】
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。
【００２９】
【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界面が延在する方向において各々それらの膜厚が漸次減少する複数の島領域の上部若しくは下部又は内部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域が設けられているので、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が得られる。
【００３０】
さらに、本発明の電子放出素子では、その島領域以外の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。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（電子放出素子）
図１に示すように、本実施の形態の電子放出素子Ｓは、例えば、ガラスの素子基板１０上にアルミニウム（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、その上部少なくとも凹部１４上に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０が成膜されて構成される。炭素領域４０の材料として無定形炭素，グラファイト，カルビン，フラーレン(C2n)，ダイヤモンドライクカーボン，カーボンナノチューブ，ダイヤモンド，などの形態の炭素、或いは、ＺｒＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，ＭｏＣなどの炭素化合物が有効である。
【００３２】
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。
【００３３】
絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５には、凹部１４、すなわち、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島領域１４上に炭素領域４０が積層されている。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。炭素領域４０は金属薄膜電極１５、絶縁体層１３及び電子供給層１２を覆っている。
【００３４】
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（ＳｉＣ）、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ＣｕＩｎＴｅ2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。
【００３５】
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，Ｃｄ，Ｌｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得る。
【００３６】
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，ＣｓＯx，ＢｅＯx，ＭｇＯx，ＭｇＮx，ＣａＯx，ＣａＮx，ＳｒＯx，ＢａＯx，ＳｃＯx，ＹＯx，ＹＮx，ＬａＯx，ＬａＮx，ＣｅＯx，ＰｒＯx，ＮｄＯx，ＳｍＯx，ＥｕＯx，ＧｄＯx，ＴｂＯx，ＤｙＯx，ＨｏＯx，ＥｒＯx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯ x ，ＴｉＯx，ＺｒＯx，ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，ＴｈＯx，ＶＯx，ＶＮx，ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，ＴａＮx，ＣｒＯx，ＣｒＮx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，ＷＯx，ＷＮx，ＭｎＯx，ＲｅＯx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，ＲｕＯx，ＯｓＯx，ＣｏＯx，ＲｈＯx，ＩｒＯx，ＮｉＯx，ＰｄＯx，ＰｔＯx，ＣｕＯx，ＣｕＮx，ＡｇＯx，ＡｕＯx，ＺｎＯx，ＣｄＯx，ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，ＡｌＯx，ＡｌＮx，ＧａＯx，ＧａＮx，ＩｎＯx，ＳｉＮx，ＧｅＯx，ＳｎＯx，ＰｂＯx，ＰＯx，ＰＮx，ＡｓＯx，ＳｂＯx，ＳｅＯx，ＴｅＯxなどの金属酸化物又は金属窒化物でもよい。
【００３７】
また、ＬｉＡｌＯ2，Ｌｉ2ＳｉＯ3，Ｌｉ2ＴｉＯ3，Ｎａ2Ａｌ22Ｏ34，ＮａＦｅＯ2，Ｎａ4ＳｉＯ4，Ｋ2ＳｉＯ3，Ｋ2ＴｉＯ3，Ｋ2ＷＯ4，Ｒｂ2ＣｒＯ4，ＣＳ2ＣｒＯ4，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＭｇＦｅ2Ｏ4，ＭｇＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＣａＷＯ4，ＣａＺｒＯ3，ＳｒＦｅ12Ｏ19，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＺｒＯ3，ＢａＡｌ2Ｏ4，ＢａＦｅ12Ｏ19，ＢａＴｉＯ3，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12，Ｙ3Ｆｅ5Ｏ12，ＬａＦｅＯ3，Ｌａ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｌａ2Ｔｉ2Ｏ7，ＣｅＳｎＯ4，ＣｅＴｉＯ4，Ｓｍ3Ｆｅ5Ｏ12，ＥｕＦｅＯ3，Ｅｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＧｄＦｅＯ3，Ｇｄ3Ｆｅ5Ｏ12，ＤｙＦｅＯ3，Ｄｙ3Ｆｅ5Ｏ12，ＨｏＦｅＯ3，Ｈｏ3Ｆｅ5Ｏ12，ＥｒＦｅＯ3，Ｅｒ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｔｍ3Ｆｅ5Ｏ12，ＬｕＦｅＯ3，Ｌｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＮｉＴｉＯ3，Ａｌ2ＴｉＯ3，ＦｅＴｉＯ3，ＢａＺｒＯ3，ＬｉＺｒＯ3，ＭｇＺｒＯ3，ＨｆＴｉＯ4，ＮＨ4ＶＯ3，ＡｇＶＯ3，ＬｉＶＯ3，ＢａＮｂ2Ｏ6，ＮａＮｂＯ3，ＳｒＮｂ2Ｏ6，ＫＴａＯ3，ＮａＴａＯ3，ＳｒＴａ2Ｏ6，ＣｕＣｒ2Ｏ4，Ａｇ2ＣｒＯ4，ＢａＣｒＯ4，Ｋ2ＭｏＯ4，Ｎａ2ＭｏＯ4，ＮｉＭｏＯ4，ＢａＷＯ4，Ｎａ2ＷＯ4，ＳｒＷＯ4，ＭｎＣｒ2Ｏ4，ＭｎＦｅ2Ｏ4，ＭｎＴｉＯ3，ＭｎＷＯ4，ＣｏＦｅ2Ｏ4，ＺｎＦｅ2Ｏ4，ＦｅＷＯ4，ＣｏＭｏＯ4，ＣｏＴｉＯ3，ＣｏＷＯ4，ＮｉＦｅ2Ｏ4，ＮｉＷＯ4，ＣｕＦｅ2Ｏ4，ＣｕＭｏＯ4，ＣｕＴｉＯ3，ＣｕＷＯ4，Ａｇ2ＭｏＯ4，Ａｇ2ＷＯ4，ＺｎＡｌ2Ｏ4，ＺｎＭｏＯ4，ＺｎＷＯ4，ＣｄＳｎＯ3，ＣｄＴｉＯ3，ＣｄＭｏＯ4，ＣｄＷＯ4，ＮａＡｌＯ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｒＡｌ2Ｏ4，Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12，ＩｎＦｅＯ3，ＭｇＩｎ2Ｏ4，Ａｌ2ＴｉＯ5，ＦｅＴｉＯ3，ＭｇＴｉＯ3，Ｎａ2ＳｉＯ3，ＣａＳｉＯ3，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ2ＧｅＯ3，Ｌｉ2ＧｅＯ3，Ｎａ2ＧｅＯ3，Ｂｉ2Ｓｎ3Ｏ9，ＭｇＳｎＯ3，ＳｒＳｎＯ3，ＰｂＳｉＯ3，ＰｂＭｏＯ4，ＰｂＴｉＯ3，ＳｎＯ2−Ｓｂ2Ｏ3，ＣｕＳｅＯ4，Ｎａ2ＳｅＯ3，ＺｎＳｅＯ3，Ｋ2ＴｅＯ3，Ｋ2ＴｅＯ4，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、
ＨｇＣｌ，ＦｅＣｌ2，ＣｒＣｌ3などの塩化物、
ＡｇＢｒ，ＣｕＢｒ，ＭｎＢｒ2などの臭化物、
ＰｂＩ2，ＣｕＩ，ＦｅＩ2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。
【００３８】
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，ＭｏＣ，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。
【００３９】
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１００〜１０００ｎｍ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，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得る。
（電子放出素子の製造方法）
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 vapor deposition）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。
【００４０】
図１に示す炭素領域４０で覆われた凹部である島領域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１１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の上に球状の微粒子２０の複数を均一に散布する。遮蔽体である微粒子の形状は、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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１５の間に境界が存在し、その境界から微粒子２０と電子供給層１２の接点に向かって、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。
【００４３】
図６に示すように、この金属薄膜電極形成工程の後に、微粒子の複数を超音波洗浄などによって除去することによって、陥没した円形凹部の島領域１４の複数が形成される。
つぎに、図７又は図８に示すように、この微粒子を除去する遮蔽体除去工程の後に、炭素領域４０が島領域１４と金属薄膜電極１５上に薄膜として形成される。
【００４４】
図７に示すように、この炭素領域を設ける工程において、凹部島領域が設けられた基板を真空チャンパに装填して、メタンガスなどの炭化水素ガスを真空チャンバ３９に導入して、０．１〜１×１０-6Ｔｏｒｒ程度の減圧した炭化水素の雰囲気下で、電子供給層１２と金属薄膜電極１５との間にオーミック電極１１を介して電圧を印加する。この工程で、チャンバ内の炭化水素が金属薄膜電極１５全面並びに凹部島領域１４の絶縁体層１３及び電子供給層１２上に吸着、堆積又は反応してを主成分とした炭素領域４０の薄膜が積層される。この炭素領域形成工程において、電圧印加期間を設け、１以上の電圧印加期間により繰り返して電圧印加を繰り返すことが好ましい。
【００４５】
また、図８に示すように、炭素ターゲット４１を用いてスパッタ法などにより、炭素領域４０を薄膜として島領域１４と金属薄膜電極１５上に一様に積層、形成することもできる。
一方、上記実施の形態の場合、微粒子２０は電子供給層１２に接しているが、これの他に、図９に示すように、微粒子散布工程（図３）の直前に予備絶縁体層１３ｂを予めスパッタにより形成し、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。予備絶縁体層１３ｂを設ける場合その膜厚は数十〜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。
【００４６】
また、上記実施の形態の場合、炭素領域４０は金属薄膜電極１５、絶縁体層１３及び電子供給層１２を覆うように積層された薄膜であるが、図１０に示すように、炭素領域４０が島領域１４において絶縁体層１３又は金属薄膜電極１５上で終端してもよい。この場合、炭素領域を設ける工程は図５に示す金属薄膜電極形成工程の直後に実行され、微粒子を除去する遮蔽体除去工程の前に、炭素領域４０を金属薄膜電極１５上に積層された薄膜として形成する。その後、微粒子を除去して図１０に示す構造が得られる。
【００４７】
またさらに、図１１に示すように、炭素領域は、金属薄膜電極内に分散されて金属薄膜電極１５ａとして設けることもできる。この場合、図４に示す絶縁体層１３の形成工程の後に微粒子を除去する遮蔽体除去工程を実行して凹部を形成し、その後、炭素領域を設ける工程は金属薄膜電極形成工程として、炭素又は炭素化合物と金属との混合した状態で、例えば混合ターゲットを用いるか、或いは、炭素又は炭素化合物ガス雰囲気でスパッタとおこなうことで金属薄膜電極１５を成膜して炭素領域を含む金属薄膜電極１５ａを絶縁体層１３上に積層する。これにより、図１１に示す構造が得られる。
【００４８】
また、図１２に示すように、炭素領域４０は島領域１４において金属薄膜電極１５下に積層された薄膜として形成してもよい。この場合、炭素領域を設ける工程は図４に示す絶縁体層１３の形成工程の後に実行され、炭素領域４０を絶縁体層１３上に成膜して、その後、炭素領域４０上に金属薄膜電極１５を成膜する金属薄膜電極形成工程を行う。このように、炭素領域を設ける工程は金属薄膜電極形成工程の直前に実行される。その後、微粒子を除去して図１２に示す金属薄膜電極１５及び絶縁体層１３間に成膜した炭素領域４０の構造が得られる。
【００４９】
またさらに、図１３に示すように、炭素領域４０は、電子供給層１２及び絶縁体層１３間に成膜した薄膜であってもよい。この場合、図２に示す電子供給層１２の成膜後、炭素領域４０を電子供給層１２上に一様に成膜して、その後、炭素領域４０上に微粒子２０を散布して、図４に示す絶縁体形成工程から図６に示す金属薄膜電極１５を成膜する金属薄膜電極形成工程までを行う。このように、炭素領域を設ける工程は微粒子２０の散布工程の直前に実行される。その後、微粒子を除去して図１３に示す絶縁体層１３下に積層された炭素領域４０の構造が得られる。
【００５０】
またさらに、図１４に示すように、電子供給層１２及び絶縁体層１３間に成膜した炭素領域４０を、凹部の島領域１４において絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５とともにその膜厚が漸次減少する薄膜として成膜してもよい。この場合、図３に示す電子供給層１２上に微粒子２０を散布した後、炭素領域４０を電子供給層１２及び微粒子２０上に成膜して、その後、図４に示す絶縁体形成工程から図６に示す金属薄膜電極１５を成膜する金属薄膜電極形成工程までを行う。このように、炭素領域を設ける工程は絶縁体形成工程の直前に実行される。その後、微粒子を除去して、図１４に示す絶縁体層１３下に積層されて島領域１４において膜厚が漸次減少する炭素領域薄膜の炭素領域４０が得られる。
【００５１】
このように、以上の実施の形態においては、各々の島領域１４は微粒子２０を除去して金属薄膜電極１５及び絶縁体層１３の平坦表面における凹部となるように形成されるが、電子放出素子としては微粒子２０を残した電子放出素子でもよい。例えば、最後の図６に示す微粒子除去工程を省いて、図１０、図１２、図１３及び図１４に示す電子放出素子に対応して、図１５、図１６、図１７及び図１８に示すように、微粒子２０を残した電子放出素子とすることができる。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。
【００５２】
さらにまた、上記実施の形態では島領域１４は微粒子によるクレータ状の凹部１４であるが、この形状に島状領域は限定されず、図２１に示すように島領域は溝状の凹部１４ａとしてもよく、図２４に示すようにコーン状の凹部１４ｂとしてもよい。島領域は矩形などその形状及び形成方法は任意である。
この図２１及び図２４に示す実施の形態における溝状の島領域１４ａ及びコーン状の島領域１４ｂの形成手順は、図１９及び図２２にそれぞれ示す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である。また、図２１及び図２４に示す電子放出素子は、図８に示す電子供給層１２上に予備絶縁体層１３ｂを設けた場合と同様に、予備絶縁体層を設けこの上に逆テーパブロック２１ａ及び２１ｂを形成してもよい。
【００５３】
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１０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。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ることができる。レジストの塗布には、スピンコート法を用いられる。レジストを電子供給層１２上に塗布後、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、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。逆テーパーブロック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。
【００５４】
逆テーパのレジストパターンを形成後、絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５を成膜して膜厚が漸次減少する島領域１４ａ及び１４ｂを形成して、図１９及び図２２に示す基板を作製し、逆テーパブロック２１ａ及び２１ｂをそれぞれ所定溶剤で除去し、図２０及び図２３に示す凹部である島領域の複数が表面に均一に形成された基板を得る。次に、電子供給層１２、絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５の上部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０を上記同様に成膜して電子放出素子が構成される。なお、図１９及び図２２に示すように逆テーパーブロック２１ａ及び２１ｂを除去せずに島領域の凹部中央にこれら逆テーパーブロックを残し炭素領域４０をこれらの上に成膜した電子放出素子も構成され得る。
（電子放出素子の導電経路成長）
さらに、任意ではあるが、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。
【００５５】
ここで電子供給層１２をＳｉで形成した場合、絶縁体層１３の縁部Ｂと金属薄膜電極１５の縁部Aとの間の絶縁体層若しくは炭素領域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。
【００５６】
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、導電経路成長工程を付加することによって、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、得られた素子の放出電流の安定化にも寄与する。
【００５７】
本実施の形態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、その上を炭素領域４０で覆った電子放出部を形成しているので、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若しくは炭素領域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。
【００５８】
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。
（電子放出素子を用いた発光素子）
この電子放出素子Ｓを発光素子として用いる場合、図１に示すように、電子放出素子Ｓの素子基板１０を背面の第１基板として、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（ＳｎＯ）、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。
【００５９】
図１に示すように、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５０Ｖ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内若しくは炭素領域４０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１５とその近傍の炭素領域４０を通して、真空中に放出されると推定される。
【００６０】
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。
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。
（実施例１）
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ＴｉＮ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。
【００６１】
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１．０μｍ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ＳｉＯ2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。
【００６２】
球状微粒子をエチルアルコールに分散させ、凝集しないように充分攪拌した。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１０００（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。
【００６３】
次に、微粒子散布基板の球状微粒子及び電子供給層上に、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、球状微粒子は表面に露出していた。もちろん微粒子表面上にＳｉＯ2は成膜されていた。微粒子と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。
【００６４】
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膜厚１０ｎｍで成膜して、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、微粒子と絶縁体層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層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った。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。
【００６５】
次に、当該基板から付着している分散微粒子を除去し、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。微粒子除去は、微粒子付き電子放出素子基板から、イソプロピルアルコールを用いた超音波洗浄によって、行った。洗浄液体は水、アセトン、エタノール、メタノールなども用いられ得る。
【００６６】
微粒子を除去し複数の凹部島領域が設けられた基板を、真空チャンパに装填して、２×１０-4Ｔｏｒｒの減圧雰囲気下で真空チャンバにメタンガスを導入して、基板上の電子供給層及び金属薄膜電極１５間にオーミック電極を介して電圧を印加する。電圧印加は３秒間に１ボルトのステップで０〜３５Ｖまで電圧を上昇及び下降させることを１サイクルの電圧印加期間として、１〜１５サイクル間欠的に繰り返した。サイクル及び時間を変化させて、炭化水素雰囲気下での電圧印加により、メタンが素子の島領域上に吸着、堆積又は反応して膜厚０〜５０ｎｍの薄膜が堆積された。
【００６７】
また、比較例として、真空チャンバにメタンガスを導入しない以外すなわち炭素領域の薄膜を設けないこと以外、上記実施例と同様の手順で電子放出素子の素子基板を複数作製した。比較例においては電子供給層と金属薄膜電極との間に実施例と同一の電圧を印加するのみで繰り返して通電処理した。
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。
【００６８】
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１０-7Ｔｏｒｒ又は１０-5Ｐａの真空になし、電子放出素子の発光素子を組立て、作製した。
作製した電子放出素子の発光素子及び比較例について、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３５Ｖ印加して、各素子のダイオード電流Ｉｄ（Diode Current）及び放出電流Ｉｅ（Emission Current）並びに効率（Ｉｅ／Ｉｄ）を測定した。その結果を、図２５及び図２６に示す。図中、横軸に炭素系膜成膜処理の繰り返し回数又は通電処理の繰り返し回数を、縦軸に電流量及び効率を示す。
【００６９】
図２５及び図２６に示すように、炭素系膜で覆われた凹部島状領域を有する実施例の電子放出素子は、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。この第１の実施例では、放出電流２×１０-2Ａ／cm2を越え、放出効率２％を越える素子が得られた。
（実施例２）
次に、上記第１の実施例と同様に作製した基板すなわち微粒子を除去し複数の凹部島領域が設けられた基板上に、炭素ターゲットを用いたスパッタ法により炭素領域を膜厚０〜５０ｎｍの種々の薄膜として積層した素子を作製した。また、比較例として、炭素領域の薄膜を設けないこと以外、上記実施例と同様の手順で電子放出素子の素子基板を複数作製した。ここでは第１の実施例と異なり、炭素析出中に電圧印加を行わない。
【００７０】
上記第１の実施例と同様、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、電子放出素子の発光素子を組立て、作製した。
作製した電子放出素子の発光素子及び比較例について、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３５Ｖ印加して、種々炭素系膜厚を有する素子のダイオード電流Ｉｄ（Diode Current）及び放出電流Ｉｅ（Emission Current）並びに効率（Ｉｅ／Ｉｄ）を測定した。図２７に、作製した素子の炭素系膜厚と素子の各電流量及び効率との関係を示す。
【００７１】
スパッタによる炭素系膜で覆われた凹部島状領域を有する第２の実施例の電子放出素子は、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。この第２の実施例では、放出電流４×１０-2Ａ／cm2を越え、放出効率６％を越える素子が得られた。
また、上記いずれの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５０ｎｍ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。
【００７２】
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ことも確認された。
（他の電子放出素子の構造）
さらに、上記実施の形態においては、絶縁体層及び金属薄膜電極には、それらの膜厚が島領域１４の中央に向け共に漸次減少する凹部又は溝状の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や、非対称に漸次減少するものや、平坦部として漸次減少する島領域を有する素子であってもよい。
【００７３】
例えば、更なる実施の形態として、図２８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。
図２８に示す溝凹部である島領域１４は、次のように形成できる。まず、オーミック電極１１及び電子供給層１２が順に形成された基板１０上に、図１９に示すライン状テーパーブロック２１ａと同様の方法によって、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少ない部分、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少ない部分、金属薄膜電極膜厚がに向け漸次減少する部分を金属薄膜電極１５に形成する。
【００７４】
図２８に示すように、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。
【００７５】
次に、露出している遮蔽壁２０ａ、絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５の上部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０を上記同様に炭素又は炭素化合物の材料のスパッタにより成膜して、図２９に示すように、電子放出素子が構成される。なお、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が露出した構造の上に炭素領域４０を形成することもできる。
【００７６】
またさらに、上記実施の形態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、更なる実施の形態として、図３０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はドット又はラインのマスクを用いフォトリソグラフィ及びエッチングなどの技術によって形成される。電子供給層１２の山部１２ａは図３０に示すように、山脈として連なっていても良いが、図３１に示すように、独立した凸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１３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の頂上を絶縁体層１３にて覆い、電子供給層１２を被覆した構造とすることもできる。
【００７７】
次に、図３２に示すように、露出している絶縁体層１３、電子供給層１２及び金属薄膜電極１５の上部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０を上記実施の形態と同様に成膜して、電子放出素子が構成される。
（電子放出素子を適用した表示装置）
図３３は、実施の形態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。図３４はその一部の断面を示す。
【００７８】
背面基板１０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上に成膜された炭素領域４０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。
【００７９】
電子放出素子Ｓは、図３４に示すように、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、金属薄膜電極１５及び島領域を覆う炭素領域４０からなる。図１に示すように炭素領域４０を内部の真空空間に向けることもできる。また、図１０〜図１８，図２１，図２４，図２９，または図３２に示すような、各々炭素領域４０が設けられた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複数の島領域を均一に有している。図３３及び図３４では凹部である複数の島領域を図示しないが、この絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５には複数の島領域が均一に形成されている。
【００８０】
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３４に示すように、電子放出素子Ｓ以外の周縁部にあらかじめ絶縁性或いは電気抵抗の大きい物質の支持部１７を形成しておく。この支持部１７は、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。
【００８１】
さらに、本実施の形態では、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３３では、隔壁ＲＲ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３３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。
【００８２】
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３３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１５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。
【００８３】
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、Ａｌ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３３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，ＳｉＮx，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。
【００８４】
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。
【００８５】
バス電極１６の材料としては、Ａｕ，Ｐｔ，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。
【００８６】
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１ｍｍ）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）ＦＲ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。
【００８７】
このように、実施の形態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。
【００８８】
さらなる他の実施の形態によれば、図３５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、上記実施の形態と同様に、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、微粒子などを除去して、凹部の島領域１４及び金属薄膜電極１５上に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域４０が成膜されて構成される。
【００８９】
この実施の形態の電子放出素子の炭素領域４０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３６に示すように、微粒子２０（又は逆テーパブロック）を残しそれらの上に炭素領域４０を施した電子放出発光素子３０でもよい。
【００９０】
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。
【００９１】
このさらなる実施の形態の構成により、電子放出素子の金属薄膜電極又は炭素領域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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電子放出素子の概略断面図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図６】 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。
【図７】 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。
【図８】 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。
【図９】 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。
【図１０】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１１】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１２】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１３】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１４】 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１５】 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１６】 本発明による他の電子放出素子の部分拡大断面図である。
【図１７】 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１８】 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１９】 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斜視図である。
【図２０】 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斜視図である。
【図２１】 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２２】 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斜視図である。
【図２３】 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斜視図である。
【図２４】 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２５】 炭素系膜成膜処理の繰り返し回数に対する、実施例の電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉｅ並びに効率の変化を示すグラフである。
【図２６】 通電処理の繰り返し回数に対する、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並びに効率の変化を示すグラフである。
【図２７】 炭素系膜厚に対する実施例の電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉｅ並びに効率の変化を示すグラフである。
【図２８】 本発明による更な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斜視図である。
【図２９】 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。
【図３０】 本発明による更な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斜視図である。
【図３１】 本発明による更な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斜視図である。
【図３２】 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。
【図３３】 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。
【図３４】 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３３における線ＡＡに沿った概略部分拡大断面図。
【図３５】 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。
【図３６】 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。
【符号の説明】
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
４０ 炭素領域
Claims (44)
- 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、
前記絶縁体層はその膜厚が漸次減少する少なくとも１つの電子放出部を有し、前記電子放出部以内において前記絶縁体層が前記電子供給層上で終端しかつ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、及び前記電子放出部の上部若しくは下部又は内部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域が設けられていることを特徴とする電子放出素子。 - 前記電子放出部以内において前記金属薄膜電極の終端が前記絶縁体層の膜厚が前記漸次減少している部分上に位置することを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
- 前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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記載の電子放出素子。
- 前記炭素領域は、前記電子放出部の上部若しくは前記金属薄膜電極上に積層された薄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。
- 前記炭素領域は、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電圧が印加されつつ前記電子放出部上に積層された薄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。
- 印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする請求項５記載の電子放出素子。
- 前記炭素領域は、前記金属薄膜電極内に分散されていることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
- 前記炭素領域は、前記金属薄膜電極下に積層された薄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。
- 前記炭素領域は、前記絶縁体層下に積層された薄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。
- 前記金属薄膜電極は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少していることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
- 前記炭素領域は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少していることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
- 前記絶縁体層は誘電体からなり、前記電子放出部外では５０ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１記載の電子放出素子。
- 前記電子放出部は前記金属薄膜電極及び前記絶縁体層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１〜１２のいずれか１記載の電子放出素子。
- 前記電子放出部以内において微粒子を備えていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１記載の電子放出素子。
- 前記電子放出部以内において、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１〜１３のいずれか１記載の電子放出素子。
- 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を基板上に形成する電子供給層形成工程と、
各々が前記電子供給層上に接触する部分周りに影を形成する遮蔽体を前記電子供給層上に形成する遮蔽体形成工程と、
前記電子供給層及び前記遮蔽体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、前記遮蔽体下の接触する部分周囲の前記絶縁体層の膜厚が漸次減少する領域となるように、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、前記電子放出部を電子放出部として形成する金属薄膜電極形成工程と、を含む電子放出素子の製造方法であって、
前記電子放出部の近傍に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域を設ける工程を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 前記金属薄膜電極形成工程の直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記遮蔽体除去工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
- 前記炭素領域を設ける工程において、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しつつ炭素領域の薄膜を積層することを特徴とする請求項１７記載の製造方法。
- 印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
- 前記絶縁体形成工程の直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の中に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極内に分散されることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
- 前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
- 前記炭素領域を設ける工程は前記金属薄膜電極形成工程の直前に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極下に積層された薄膜として形成されることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
- 前記炭素領域を設ける工程は前記絶縁体形成工程の直前に実行され、前記炭素領域が前記絶縁体層下に積層された薄膜として形成されることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
- 前記金属薄膜電極形成工程の直後に前記遮蔽体を除去する遮蔽体除去工程を含み、前記炭素領域を設ける工程は前記遮蔽体除去工程の直後に実行され、前記炭素領域が前記金属薄膜電極上に積層された薄膜として形成されることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１記載の製造方法。
- 前記炭素領域を設ける工程の直後、前記金属薄膜電極形成工程の直後又は前記遮蔽体除去工程の直後に、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１６〜２４のいずれか１記載の製造方法。
- 前記遮蔽体は微粒子であり、前記遮蔽体形成工程において前記微粒子を前記電子供給層上に散布する工程を含むことを特徴とする請求項１６〜２５のいずれか１記載の製造方法。
- 前記遮蔽体は、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であり、前記遮蔽体形成工程において、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１６〜２６のいずれか１記載の製造方法。
- 前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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１６〜２７のいずれか１記載の製造方法。
- 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、からなる電子放出表示装置であって、
前記電子放出素子の各々は、金属若しくは金属化合物又は半導体からなりかつオーミック電極上に形成された電子供給層、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ること、
前記絶縁体層はその膜厚が漸次減少する少なくとも１つの電子放出部を有し、前記電子放出部以内において前記絶縁体層が前記電子供給層上で終端しかつ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、及び
前記電子放出部の上部若しくは下部又は内部に炭素又は炭素化合物からなる炭素領域が設けられていることを特徴とする表示装置。 - 前記電子放出部以内において前記金属薄膜電極の終端が前記絶縁体層の膜厚が前記漸次減少している部分上に位置することを特徴とする請求項２９記載の表示装置。
- 前記絶縁体層、前記金属薄膜電極及び前記炭素領域は、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２９記載の表示装置。
- 前記炭素領域は、前記電子放出部の上部若しくは前記金属薄膜電極上に積層された薄膜であることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。
- 前記炭素領域は、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電圧が印加されつつ前記電子放出部上に積層された薄膜であることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。
- 印加された前記電圧は、上昇及び下降する電圧印加期間により間欠的に供給されることを特徴とする請求項３３記載の表示装置。
- 前記炭素領域は、前記金属薄膜電極内に分散されていることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。
- 前記炭素領域は、前記金属薄膜電極下に積層された薄膜であることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。
- 前記炭素領域は、前記絶縁体層下に積層された薄膜であることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。
- 前記金属薄膜電極は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少していることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。
- 前記炭素領域は、前記絶縁体層とともにその膜厚が漸次減少していることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。
- 前記絶縁体層は誘電体からなり、前記電子放出部外では５０ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴とする請求項２９〜３９のいずれか１記載の表示装置。
- 前記電子放出部は前記金属薄膜電極及び前記絶縁体層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２９〜４０のいずれか１記載の表示装置。
- 前記電子放出部以内において微粒子を備えていることを特徴とする請求項２９〜４１のいずれか１記載の表示装置。
- 前記電子放出部以内において、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２９〜４１のいずれか１記載の表示装置。
- 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２９〜４３のいずれか１記載の表示装置。
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