JP4264080B2 - 電子放出素子 - Google Patents

Description

本発明は，電子放出素子に関する。

一般に，電子放出素子は，電子源の種類によって，熱陰極（ｈｏｔ ｃａｔｈｏｄｅ）を用いる方式と，冷陰極（ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ）を用いる方式とに分類することができる。

このうち，冷陰極を用いる方式の電子放出素子としては，電界放出アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ａｒｒａｙ；ＦＥＡ）型，表面伝導放出（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｔｔｅｒ；ＳＣＥ）型，金属−絶縁層−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ；ＭＩＭ）型，および金属−絶縁層−半導体（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＭＩＳ）型などが知られている。

上記冷陰極方式の電子放出素子のうち，ＦＥＡ型は，仕事関数が低いかまたは縦横比が大きい物質を電子源として使用した場合に，真空中で電界により電子が放出され易くなるといった原理を用いたものである。かかるＦＥＡ型の電子放出素子には，モリブデン（Ｍｏ）またはシリコン（Ｓｉ）などを主材質とする先端の尖った構造物で電子放出部を形成する方法や，黒鉛のようなカーボン系物質で電子放出部を形成する方法などが開発されている。

一般的に，ＦＥＡ型電子放出素子は，第１基板上に，電子放出部と，電子放出を制御する駆動電極としてのカソード電極およびゲート電極とを備える。そして，第２基板上に，蛍光層と共に，電子放出部から放出された電子を上記蛍光層に向けて良好に加速させるアノード電極を備える。このとき，カソード電極とゲート電極との間には，両電極間を絶縁させるように絶縁層が配置される。また，カソード電極とゲート電極はそれぞれストライプパターンに形成されて，互いに直交する方向に配設されることができる。

上記のようなＦＥＡ電子放出素子を例えば表示装置などに適用した場合，表示装置の微細な画素に対応するように電子放出素子を制作しなければならないが，かかる微細画素の製作のためには，絶縁層の厚さはおよそ１０μｍ以下の薄い厚さに形成されるのがよい。一方，このような薄い厚さの絶縁層を有するＦＥＡ型電子放出素子においては，カソード電極の外形によって，絶縁層表面が任意の屈曲を有するようになる。例えば，カソード電極が所定の厚みを有すると，かかるカソード電極を覆うように形成される絶縁層は，カソード電極の厚みによってその表面が平坦ではなくなり，カソード電極の側部（縁部）において任意の屈曲を有するようになる。そして，上記任意の屈曲を有する絶縁層の表面に金属を蒸着してゲート電極をカソード電極と直交するように形成すると，ゲート電極も上記任意の屈曲を有する絶縁層の表面の状態に応じて任意の屈曲を有するようになる。

このように，ゲート電極が平坦に形成されずに任意の屈曲を有すると，カソード電極とゲート電極との交差領域において，ゲート電極の側面エッジ（側部）でクラック（ひび割れ）が発生し易くなる。すなわち，ゲート電極がカソード電極と交差するように配されるとき，ゲート電極がカソード電極の側部（縁部）を跨ぐ領域では，ゲート電極は段差または傾斜を有するようになる。そして，かかる段差または傾斜の部分では，機械的なストレスなどの理由によりゲード電極にクラックなどの損傷が発生し易くなるという問題があった。

更に，一度発生したクラックはゲート電極の中心部に伝播されてゲート電極の抵抗を局部的に増加させ，ひいてはゲート電極の断線をもたらす恐れもある。上記のような問題は，絶縁層の厚さが薄くなるほど顕著に現れると推測される。また，上記問題は，第１基板上にゲート電極が形成され，上記ゲート電極を覆うように絶縁層が形成され，上記ゲート電極と交差するようにカソード電極が形成される構造の電子放出素子においても同様に発生し得る。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，絶縁層上に配置される駆動電極が損傷されるのを抑制し得る電子放出素子を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，基板上に一方向に延びて形成される複数の第１電極と；上記第１電極を覆うように，上記基板の全面に形成される絶縁層と；上記絶縁層上に，上記第１電極と直交する方向に延びて形成される複数の第２電極と；上記第１電極または上記第２電極のいずれかの電極に接続される電子放出部とを含み；上記第１電極と上記第２電極とが交差する領域において，上記第１電極の側部と上記第２電極の側部とが交差する側部交差領域の少なくとも１つの側部交差領域では，上記第１電極の側部と上記第２電極の側部が互いに鋭角または鈍角をなして交差すること，を特徴とする電子放出素子が提供される。

このような本発明にかかる電子放出素子によれば，上記第１電極の側部と上記第２電極の側部とが相互に鋭角または鈍角をなして直角以外の角度で交差するようにしたことにより，上記絶縁層を介して上記第１電極と交差する上記第２電極にクラック（ひび割れ）などの損傷が発生するのを防止することができる。すなわち，上記第１電極と上記第２電極の各交差領域では，上記第２電極が上記絶縁層を介して上記第１電極の上を跨ぐかたちになる。このとき上記第１電極は所定の厚みを有するので，上記第２電極は上記第１電極の両側部を跨ぐ部分において傾斜または段差を有しながら上記第１電極と重畳することになる。このような段差を有して上記第２電極が上記第１電極と交差する場合，特にその段差部分の第２電極の両縁部（両側部）における機械的ストレスが高くなることにより上記第２電極にクラックなどの損傷が生じやすくなる。そして，本発明によれば，上記第１電極の側部と上記第２電極の側部とが交差する箇所において，従来両者が直角に交差していたものを，いずれかの電極の側部を斜めに形成して幅可変側部を設けたことにより上記第１電極の側部と上記第２電極の側部とが鈍角または鋭角をなして交差するようにした。これにより，上記第２電極の側部と上記第１電極の側部とが交差する箇所において上記第２電極の側部に生じる応力の集中を減少させることができ，上記第２電極にクラックなどの損傷が生じるのを防止することができる。このとき，上記幅可変側部は，上記第１電極と上記第２電極とが交差する一つの交差領域に対して，少なくとも一つの上記第１電極の側部と上記第２電極の側部との側部交差領域に設けるようにすればよい。勿論全ての側部交差領域において第１電極または第２電極のいずれかの電極の側部に幅可変側部を設けるようにすることもできる。

ここで，上記第１電極は一定の幅を有するように形成され，上記第２電極の側部には，上記第１電極の側部と交差する位置に前記第２電極の幅が変化するように幅可変側部が形成されるように構成することができる。すなわち，上記側部交差領域において，上記第１電極の上側に位置する上記第２電極の側部を斜めに形成することができる。

ここで，上記それぞれの第２電極は，上記第１電極と重畳する領域に，第１の幅を有するように設けられる第１領域と；相互に隣接する上記第１電極の間の領域に，上記第１の幅とは異なる第２の幅を有するように設けられる第２領域と；上記第１領域と上記第２領域との間の領域に，上記幅可変側部を有するように設けられる第３領域とを含むように構成することができる。

そして，上記第１の幅は上記第２の幅より大きく，上記第２電極の幅可変側部と上記第１電極の側部とは，上記第１電極の側部外側において１０５°〜１６５°の傾斜角をなして交差するように構成すれば，上記第１電極の側部と上記第２電極の側部とは相互に鈍角をなして交差することができる。一方，上記第１の幅は上記第２の幅より小さく，上記第２電極の幅可変側部と上記第１電極の側部とは，上記第１電極の側部外側において１５°〜７５°の傾斜角をなして交差するように構成すれば，上記第１電極の側部と上記第２電極の側部とは相互に鋭角をなして交差することができる。

あるいは，上記第２電極は一定の幅を有するように形成され，上記第１電極の側部には，上記第２電極の側部と交差する位置に前記第１電極の幅が変化するように幅可変側部が形成されるように構成することができる。すなわち，上記側部交差領域において，上記第２電極の下側に位置する上記第１電極の側部を斜めに形成することができる。

ここで，上記それぞれの第１電極は，上記第２電極と重畳する領域に，第３の幅を有するように設けられる第１領域と；相互に隣接する上記第２電極の間の領域に，上記第３の幅とは異なる第４の幅を有するように設けられる第２領域と；上記第１領域と上記第２領域との間の領域に，上記幅可変側部を有するように設けられる第３領域とを含むように構成することができる。

そして，上記第３の幅は上記第４の幅より大きく，上記第１電極の幅可変側部と上記第２電極の側部とは，上記第２電極の側部外側において１０５°〜１６５°の傾斜角をなして交差するように構成すれば，上記第１電極の側部と上記第２電極の側部とは相互に鈍角をなして交差することができる。一方，上記第３の幅は上記第４の幅より小さく，上記第１電極の幅可変側部と上記第２電極の側部とは，上記第２電極の側部外側において１５°〜７５°の傾斜角をなして交差するように構成すれば，上記第１電極の側部と上記第２電極の側部とは相互に鋭角をなして交差することができる。

また，上記絶縁層の厚さは，上記第１電極と上記第２電極との間の絶縁性を十分に確保するために，上記第１電極の厚さの２倍以上であるのがよい。一方，上記絶縁層の厚さは，微細画素の形成を容易にするためには１０μｍよりも小さい厚さであるのがよい。

また，上記電子放出部は上記第１電極上に配置され，上記第２電極及び上記絶縁層は，上記電子放出部を露出させるように開口部を有する構成とすることができる。このとき，上記絶縁層の上面は，上記電子放出部の上面よりも高く形成されるのがよい。

あるいは，上記電子放出部は，上記第２電極の一方の側部に接触して配置される構成とすることもできる。

また，上記電子放出部は，カーボンナノチューブ，黒鉛，黒鉛ナノファイバ，ダイアモンド，ダイアモンド状カーボン，Ｃ_６０，またはシリコンナノワイヤーからなる群から選択される少なくとも１種の物質を含むように構成されるのがよい。

また，上記電子放出素子は，上記基板に対向して配置される他の基板と，上記他の基板に形成される蛍光層と，上記蛍光層の一面に配置される少なくとも１つのアノード電極とをさらに含むことができる。

本発明によれば，第１電極の側部と第２電極の側部とが相互に鋭角または鈍角をなして直角以外の角度で交差するようにしたことにより，絶縁層を介して第１電極と交差する第２電極にクラックなどの損傷が発生するのを防止することができる電子放出素子を提供できるものである。すなわち，上記のように第１電極の側部または第２電極の側部のいずれかに両者が直角以外の角度で交差することができるように幅可変側部を設けたことにより，上記第２電極が上記第１電極の側部と重畳する領域において上記第２電極の各側部に生じる機械的ストレスを減少させることができる。更に，上記構成としたことにより，上記第２電極の抵抗が局部的に増加することや，上記第２電極に断線が発生する危険性を減少させることができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の第１の実施の形態について，図１，図２及び，図３を参照して説明する。図１は，本発明の第１の実施の形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。図２は，本発明の第１の実施の形態による電子放出素子の部分断面図である。図３は，本発明の第１の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。

図１〜図３に示すように，第１の実施の形態による電子放出素子は，相互に所定の距離だけ離隔されて対向配置される第１基板２および第２基板４を含む。上記２つの基板のうち，第１基板２には，電子を放出させるための構造物が形成される。また，第２基板には，第１基板２側から放出された電子により可視光を放出して所定の発光または表示を行う構造物が形成される。

先ず，第１基板２側の構造について以下に説明する。第１基板２上には，第１電極６（以下，“カソード電極”という）が第１基板２の一方向に沿ってストライプパターンに形成される。そして，カソード電極６を覆うように，第１基板２の全面に絶縁層８が形成される。絶縁層８上には，第２電極１０（以下，“ゲート電極”という）がカソード電極６と直交する方向にストライプパターンに形成される。カソード電極６とゲート電極１０は，互いに交差するように配設されてもよい。

絶縁層８は，ＳｉＯ_２を化学気相蒸着ＣＶＤ方式で蒸着して形成することができる。絶縁層８の厚さは，カソード電極６の厚さの２倍以上であるのがよいが，１０μｍ以上とならないようにするのがよい。すなわち，絶縁層８の厚さがカソード電極６の厚さの２倍未満であると，カソード電極６とゲート電極１０との間の絶縁性を十分に確保することが困難となり，逆に，絶縁層８の厚さが１０μｍ以上になると，微細画素を製作する際に不利になる。一方，絶縁層８を形成する方法，または絶縁層８の厚さなどは前述した例に限定されるものではない。

ここで，絶縁層８はカソード電極６を覆うように形成されるので，その表面はカソード電極６の外形に対応する所定の屈曲を有することになる。また，ゲート電極１０もかかる所定の屈曲を有する絶縁層８上に形成されるので，その表面は絶縁層８の表面屈曲に対応する所定の屈曲を有することになる。

上記のような構成において，カソード電極６とゲート電極１０の交差領域を画素領域と定義することにする。このとき，各画素領域ごとに，絶縁層８とゲート電極１０には，少なくとも１つの開口部１２が形成されて，カソード電極６の表面の一部が露出される。そして，各開口部１２内のカソード電極６上に電子放出部１４が形成される。この際，絶縁層８の上部表面が，電子放出部１４の上面よりも高く形成されるようにして，ゲート電極１０が電子放出部１４の上部に位置するようにするのがよい。

図１及び図３においては，一例として，各画素領域ごとに，四つの電子放出部１４がカソード電極６の長手方向に配置され，電子放出部１４と開口部１２の平面形状が円形である場合を示した。しかし，電子放出部１４の配置や構造は，図示された例に限定されるものではない。

第１の実施の形態において，電子放出部１４は，電界が印加されると電子を放出する物質，たとえばカーボン系物質またはナノメートルサイズ物質からなることができる。電子放出部１４として使用可能な物質としては，カーボンナノチューブ，黒鉛，黒鉛ナノファイバ，ダイアモンド，ダイアモンド状カーボン，Ｃ_６０，シリコンナノワイヤー，またはこれらの組合せ，などがある。電子放出部１４の製造方法としては，直接成長，スクリーン印刷，化学気相蒸着，またはスパッタリングなどの方法を適用することができる。

第１の実施の形態において，カソード電極６は一定の幅に形成されることができる。一方，ゲート電極１０は，カソード電極６の側面エッジと交差する側面部位に幅可変側部１６を有することができる。

より具体的には，それぞれのゲート電極１０は，第１領域１０１と，第２領域１０２と，第３領域１０３とを含むことができる。第１領域１０１，第２領域１０２及び，第３領域１０３は，ゲート電極１０の長手方向（ゲート電極１０が基板の一方向と直交する方向に延びる方向）に配列されて，ゲート電極１０の短手方向に相当する上記各領域の幅は，上記各領域ごとにそれぞれ異なる幅を有することができる。すなわち，第１領域１０１は，カソード電極６に重畳して位置し，ｗ１の幅を有することができる。第２領域１０２は，カソード電極６とカソード電極６との間の領域に対応して位置し，ｗ１より小さいｗ２の幅を有することができる。そして，第３領域１０３は，第１領域１０１と第２領域１０２との間にそれぞれ位置し，幅可変側部１６を有することができる。すなわち，図３を参照すると，幅可変側部１６は，ゲート電極１０の長手方向の縁部（側面）が傾斜をなしている部分である。これにより，第１基板２を上から見た状態，すなわち第１基板２の平面図において，ゲート電極１０の幅可変側部１６とカソード電極６の側面エッジは，直角ではなく鈍角の傾斜角θ１（図３参照）をなしながら互いに交差するようになる。すなわち，カソード電極６の長手方向の側部とゲート電極１０の長手方向の側部とが交差する際に，各側部の外側において相互になす角度θ１が鈍角となるように，ゲート電極１０の長手方向の側部はカソード電極６と交差する領域において，ゲート電極１０の短手方向の幅が変化するような幅可変側部１６として形成される。

ここで，第３領域１０３は，カソード電極６の側面エッジと重畳する部位である。すなわち，第３領域１０３は，カソード電極６の厚みによって，ゲート電極１０が，自身の長手方向に平坦性を維持せずに，第１領域１０１と第２領域１０２との間で所定の傾斜面を形成する領域となる。言い換えると，ゲート電極１０の表面には，ゲート電極１０がカソード電極６の側面エッジを跨ぐ領域において段差または傾斜が生じるが，かかる領域が第３領域１０３となるように，第１領域１０１，第２領域１０２及び，第３領域１０３を設けるのがよい。

第３領域１０３の幅可変側部１６は，上述したようにゲート電極１０の長手方向の縁部に沿った傾斜部であるため，ゲート電極１０の側面部（縁部）の長さが傾斜の分だけ長くなり，ゲート電極１０がカソード電極６の側面エッジを跨ぐ領域における局部的な傾斜変化を緩やかに誘導する役割を果たすことができる。したがって，第１の実施の形態の電子放出素子は，幅可変側部１６により，ゲート電極１０に生じる応力の集中を減少させることができ，その結果，応力集中によりゲート電極１０にクラック（ひび割れ）が発生するのを抑制する効果を奏することができる。

ゲート電極１０の幅可変側部１６は，カソード電極６の側面エッジに対して１０５°〜１６５°の傾斜角θ１をなすように形成されるのがよい。ここで，傾斜角θ１は，図３に示されたように，第１基板２を基板の面方向から見た際に，カソード電極６の側部の外側において，カソード電極６の長手方向の側部とゲート電極１０の側部（幅可変側部１６）とによって形成される角度である。上記傾斜角θ１の範囲は，傾斜角１３５°に対して±３０°の余裕を設けたものである。傾斜角θ１が上記範囲を外れると，カソード電極６またはゲート電極１０の少なくともいずれかに整列誤差が生じた場合に，電子放出素子を駆動させると各画素領域で発生する電気場が不均一になり，画面の輝度の均一度が低下するといった問題を誘発する。

次に，第２基板４側の構造について説明する。第１基板２に対向する第２基板４の一面には，蛍光層１８および黒色層２０が形成される。蛍光層１８および黒色層２０の上には，例えばアルミニウム（Ａｌ）などのような金属膜からなるアノード電極２２が形成される。アノード電極２２は，電子ビームの加速に必要な高電圧を印加されて，蛍光層１８から第１基板２に向かって放射された可視光を第２基板４側に反射させて画面の輝度を高める役割を果たすことができる。

一方，アノード電極２２は，例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などのような透明導電膜からなることができる。この場合，アノード電極２２は，第１基板２に対向する蛍光層１８および黒色層２０の一面に位置し，所定のパターンに区分されて複数に形成されることができる。

上記のような構成を有する第１基板２および第２基板４は，相互に所定の距離だけ離隔されつつ，その縁部に塗布されるシールフリット（ｓｅａｌ ｆｒｉｔ）のようなシール材により相互に接合される。そして，第１基板２と第２基板４との間には，両基板の間隔を一定に維持し，両基板に加わる圧縮力を支えるスペーサ２４が配設される。

このように構成される電子放出素子は，カソード電極６とゲート電極１０に所定の駆動電圧を印加すると，両電極間の電圧差が臨界値以上の画素において，電子放出部１４の周囲に電界が形成され，電子放出部１４から電子が放出される。放出された電子は，アノード電極２２に印加された高電圧に引き寄せられて第２基板４側に向かい，対応する画素の蛍光層１８と衝突してこれを発光させる。

ここで，第１の実施の形態にかかる電子放出素子は，ゲート電極１０に幅可変側部１６が形成されているので，ゲート電極１０にクラックが発生するのを抑制することができる。そして更に，ゲート電極１０の抵抗が増加したり断線するなどの危険を効果的に予防することができる。

次に，本発明の第２の実施の形態について，図４を参照して説明する。図４に示すように，第２の実施の形態による電子放出素子は，ゲート電極１０’の幅可変側部１６’がカソード電極６の側面エッジに対して鋭角の傾斜角θ２をなしながら互いに交差する構成を有する。

すなわち，第２の実施の形態においては，それぞれのゲート電極１０’は，第１領域１０１’と，第２領域１０２’と，第３領域１０３’とを含むことができる。第１領域１０１’は，カソード電極６と重畳して位置し，ｗ１’の幅を有することができる。第２領域１０２’は，カソード電極６とカソード電極６との間の領域に対応して位置し，ｗ１’より大きいｗ２’の幅を有することができる。第３領域１０３’は，第１領域１０１’と第２領域１０２’との間にそれぞれ位置し，幅可変側部１６’を有することができる。

ゲート電極１０’の幅可変側部１６’は，カソード電極６の側面エッジに対して１５°〜７５°の傾斜角θ２をなすように形成されるのがよい。ここで，傾斜角θ２は，図４に示されたように，第１基板２を基板の面方向から見た際に，カソード電極６の側部の外側において，カソード電極６の長手方向の側部とゲート電極１０’の側部（幅可変側部１６’）とによって形成される角度である。上記傾斜角θ２の範囲は，傾斜角４５°に対して±３０°の余裕を設けたものである。傾斜角θ２が上記範囲を外れると，カソード電極６またはゲート電極１０の少なくともいずれかに整列誤差が生じた場合に，電子放出素子を駆動させると各画素領域で発生する電気場が不均一になり，画面の輝度の均一度が低下するといった問題を誘発する。

第１及び第２の実施の形態においては，カソード電極６の縁部とゲート電極１０，１０’の縁部が交差する際に直角以外の角度で交差するように，ゲート電極１０，１０’に幅可変側部１６，１６’を設けてゲート電極１０，１０’の縁部が傾斜を有するようにした。一方，この幅可変側部は，ゲート電極ではなくカソード電極に設けることもできる。以下に，カソード電極に幅可変側部を設けた場合の実施の形態について説明する。

先ず，本発明の第３の実施の形態について，図５を参照して説明する。図５に示すように，ゲート電極２６は一定の幅を有するように形成される。一方，カソード電極２８には，ゲート電極２６の側面エッジと交差する側面部位に幅可変側部３０が形成される。

より具体的には，それぞれのカソード電極２８は，第１領域２８１と，第２領域２８２と，第３領域２８３とを含むことができる。第１領域２８１，第２領域２８２及び，第３領域２８３は，カソード電極２８の長手方向（カソード電極２８が基板の一方向に沿って延びる方向）に配列されて，カソード電極２８の短手方向に相当する上記各領域の幅は，上記各領域ごとにそれぞれ異なる幅を有することができる。すなわち，第１領域２８１は，ゲート電極２６と重畳して位置し，ｗ３の幅を有することができる。第２領域２８２は，ゲート電極２６とゲート電極２６との間の領域に対応して位置し，ｗ３より小さいｗ４の幅を有することができる。そして，第３領域２８３は，第１領域２８１と第２領域２８２との間にそれぞれ位置し，幅可変側部３０を有することができる。すなわち，図５を参照すると，幅可変側部３０は，カソード電極２８の長手方向の縁部（側面）が傾斜をなしている部分である。

これにより，第１基板２を上から見た状態，すなわち第１基板２の平面図において，カソード電極２８の幅可変側部３０とゲート電極２６の側面エッジは鈍角の傾斜角θ３をなしながら互いに交差するようになる。すなわち，カソード電極２８の長手方向の側部とゲート電極２６の長手方向の側部とが交差する際に，各側部の外側において相互になす角度θ３が鈍角となるように，カソード電極２８の長手方向の側部はゲート電極２６と交差する領域において，カソード電極２８の短手方向の幅が変化するような幅可変側部３０として形成される。このようなカソード電極２８の幅可変側部３０は，ゲート電極２６がカソード電極２８の幅可変側部３０を跨ぐ領域における局部的な傾斜変化を緩やかに誘導して，ゲート電極２６の傾斜変化による応力集中を減少させることができる。その結果，応力集中によってゲート電極１０にクラックが発生するのを抑制することができる。このとき，傾斜角θ３は，１０５°〜１６５°であるのがよい。ここで，傾斜角θ３は，図５に示されたように，第１基板２を基板の面方向から見た際に，ゲート電極２６の側部の外側において，ゲート電極２６の長手方向の側部とカソード電極２８の側部（幅可変側部３０）とによって形成される角度である。

次に，本発明の第４の実施の形態について，図６を参照して説明する。図６に示すように，第４の実施の形態による電子放出素子は，カソード電極２８’の幅可変側部３０’がゲート電極２６の側面エッジに対して鋭角の傾斜角θ４をなしながら互いに交差する構成を有する。

すなわち，第４の実施の形態においては，それぞれのカソード電極２８’は，第１領域２８１’と，第２領域２８２’と，第３領域２８３’とを含むことができる。第１領域２８１’は，ゲート電極２６と重畳して位置し，ｗ３’の幅を有することができる。第２領域２８２’は，ゲート電極２６とゲート電極２６との間の領域に対応して位置し，ｗ３’より大きいｗ４’の幅を有することができる。第３領域２８３’は，第１領域２８１’と第２領域２８２’との間にそれぞれ位置し，幅可変側部３０’を有することができる。

このとき，傾斜角θ４は，１５°〜７５°であるのがよい。ここで，傾斜角θ４は，図６に示されたように，第１基板２を基板の面方向から見た際に，ゲート電極２６の側部の外側において，ゲート電極２６の長手方向の側部とカソード電極２８’の側部（幅可変側部３０’）とによって形成される角度である。

次に，本発明の第５の実施の形態について，図７，図８及び，図９を参照して説明する。図７は，本発明の第５の実施の形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。図８は，本発明の第５の実施の形態による電子放出素子の部分断面図である。図９は，本発明の第５の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。

第５の実施の形態による電子放出素子は，第１〜第４の実施の形態と同様に，相互に所定の距離だけ離隔されて対向配置される第１基板２および第２基板４を含む。上記２つの基板のうち，第１基板２には，電子を放出させるための構造物が形成され，第２基板には，第１基板２側から放出された電子により可視光を放出して所定の発光または表示を行う構造物が形成される。

ここで，第５の実施の形態においては，図７〜図９に示すように，第１基板２の構造が第１〜第４の実施の形態とは異なる。第１基板２には，第１電極３２（以下，“ゲート電極”という）が，第１基板２の一方向に沿ってストライプパターンに形成される。そして，ゲート電極３２を覆うように，第１基板２の全面に絶縁層３４が形成される。絶縁層３４上には，第２電極３６（以下，“カソード電極”という）がゲート電極３２と直交または交差する方向にストライプパターンに形成される。そして，ゲート電極３２とカソード電極３６が交差する領域ごとに，カソード電極３６の一方の側面には，電子放出部３８がカソード電極３６と接触して位置することができる。

このように構成される電子放出素子は，ゲート電極３２とカソード電極３６に所定の駆動電圧を印加すると，両電極間の電圧差が臨界値以上の画素において，電子放出部３８の周囲に電界が形成され，電子放出部３８から電子が放出される。放出された電子は，アノード電極２２に印加された高電圧に引き寄せられて第２基板４側に向かい，対応する画素の蛍光層１８と衝突してこれを発光させる。

ここで，第５の実施の形態にかかる電子放出素子は，ゲート電極３２が一定の幅を有するように形成される。そして，カソード電極３６は，ゲート電極３２の側面エッジと交差する側面部位に，幅可変側部４０が形成されるように構成される。

すなわち，それぞれのカソード電極３６は，第１領域３６１と，第２領域３６２と，第３領域３６３とを含むことができる。第１領域３６１は，ゲート電極３２と重畳して位置し，ｗ５の幅を有することができる。第２領域３６２は，ゲート電極３２とゲート電極３２との間の領域に対応して位置し，ｗ５より小さいｗ６の幅を有することができる。そして，第３領域３６３は，第１領域３６１と前記第２領域３６２との間にそれぞれ位置し，幅可変側部４０を有することができる。すなわち，図９を参照すると，幅可変側部４０は，カソード電極３６の長手方向（カソード電極３６が延びる方向）の縁部（側面）において傾斜をなす部分である。

これにより，カソード電極３６の幅可変側部４０とゲート電極３２の側面エッジは直角でなく鈍角の傾斜角θ５（図９参照）をなしながら互いに交差する。すなわち，傾斜角θ５は，図９に示されたように，第１基板２を基板の面方向から見た際に，ゲート電極３２の側部の外側において，ゲート電極３２の長手方向（ゲート電極３２が延びる方向）の側部とカソード電極３６の側部（幅可変側部４０）とによって形成される角度である。

このようなカソード電極３６の幅可変側部４０は，カソード電極３６がゲート電極３２の側面エッジを跨ぐ領域における局部的な傾斜変化を緩やかに誘導して，カソード電極３６の傾斜変化による応力集中を減少させることができる。その結果，応力集中によりカソード電極３６にクラックが発生するのを抑制することができる。ここで，傾斜角θ５は，１０５°〜１６５°であるのがよい。

次に，本発明の第６の実施の形態について，図１０を参照して説明する。図１０に示すように，第６の実施の形態による電子放出素子は，カソード電極３６’の幅可変側部４０’がゲート電極３２の側面エッジに対して鋭角の傾斜角θ６をなしながら互いに交差する構成を有する。

すなわち，第６の実施の形態においては，それぞれのカソード電極３６’は，第１領域３６１’と，第２領域３６２’と，第３領域３６３’とを含むことができる。第１領域３６１’は，ゲート電極３２と重畳して位置し，ｗ５’の幅を有することができる。第２領域３６２’は，ゲート電極３２とゲート電極３２との間の領域に対応して位置しｗ５’より大きいｗ６’の幅を有することができる。第３領域３６３’は，第１領域３６１’と第２領域３６２’との間にそれぞれ位置し，幅可変側部４０’を有することができる。ここで，傾斜角θ６は，１５°〜７５°であるのがよい。

第５及び第６の実施の形態においては，ゲート電極３２の縁部とカソード電極３６，３６’の縁部が交差する際に直角以外の角度で交差するように，カソード電極３６，３６’に幅可変側部４０，４０’を設けてカソード電極３６，３６’の縁部が傾斜を有するようにした。一方，この幅可変側部は，カソード電極ではなくゲート電極に設けることもできる。以下に，ゲート電極に幅可変側部を設けた場合の実施の形態について説明する。

先ず，本発明の第７の実施の形態について，図１１を参照して説明する。図１１に示すように，カソード電極４２は一定の幅を有するように形成されるが，ゲート電極４４には，カソード電極４２の側面エッジと交差する側面部位に，幅可変側部４６が形成される。

第７の実施の形態において，それぞれのゲート電極４４は，第１領域４４１と，第２領域４４２と，第３領域４４３とを含むことができる。第１領域４４１は，カソード電極４２と重畳して位置し，ｗ７の幅を有することができる。第２領域４４２は，カソード電極４２とカソード電極４２との間の領域に対応して位置し，ｗ７より小さいｗ８の幅を有することができる。第３領域４４３は，第１領域４４１と第２領域４４２との間に位置し，幅可変側部４６を有することができる。

これにより，ゲート電極４４の幅可変側部４６とカソード電極４２の側面エッジは鈍角の傾斜角θ７をなしながら互いに交差する。このようなゲート電極４４の幅可変側部４６は，カソード電極４２がゲート電極４４の幅可変側部４６を跨ぐ領域におけるの局部的な傾斜変化を緩やかに誘導して，カソード電極４２の傾斜変化による応力集中を減少させることがでる。このとき，傾斜角θ７は，１０５〜１６５°であるのがよい。ここで，傾斜角θ７は，図１１に示されたように，第１基板２を基板の面方向から見た際に，カソード電極４２の側部の外側において，カソード電極４２の長手方向（カソード電極４２が延びる方向）の側部とゲート電極４４の側部（幅可変側部４６）とによって形成される角度である。

次に，本発明の第８の実施の形態について，図１２を参照して説明する。図１２に示すように，第８の実施の形態による電子放出素子は，ゲート電極４４’の幅可変側部４６’がカソード電極４２の側面エッジに対して鋭角の傾斜角θ８をなしながら互いに交差する構成を有する。

すなわち，第８の実施の形態において，それぞれのゲート電極４４’は，第１領域４４１’と，第２領域４４２’と，第３領域４４３’とを含むことができる。第１領域４４１’は，カソード電極４２と重畳して位置し，ｗ７’の幅を有することができる。第２領域４４２’は，カソード電極４２とカソード電極４２との間の領域に対応して位置し，ｗ７’より大きいｗ８’の幅を有することができる。第３領域４４３’は，第１領域４４１’と第２領域４４２’との間にそれぞれ位置し，幅可変側部４６’を有することができる。ここで，傾斜角θ８は，１５°〜７５°であるのがよい。

このように，本発明による電子放出素子は，絶縁層を介して２つの駆動電極（第１電極及び第２電極）が相互に交差するように配置される構造を有し，第１電極と第２電極のうち，いずれか一方の電極に幅可変側部を形成することにより，絶縁層上に形成される第２電極にクラックなどの損傷が発生するのを防止することができる。

ここで，幅可変側部が設けられる電極としては，第１電極と第２電極のうち，相対的に電流輸送量が少なく抵抗が低くて電圧降下が小さい電極であるのがよい。

また，第１電極と第２電極とが交差する一つの交差領域において，第１電極の側部と第２電極の側部とが相互に交差する側部交差領域は４箇所存在する。そして，第１〜第８の実施の形態においては，上記４箇所の側部交差領域の全てに，第１電極または第２電極のいずれかの側部に幅可変側部を設けて第１電極の側部と第２電極の側部とが相互に鋭角または鈍角をなして交差する構成であった。しかし，第１電極または第２電極のいずれかの側部に設けられる幅可変側部は，必ずしも一つの交差領域の全ての側部交差領域に設けられる必要はなく，少なくとも一つの側部交差領域に幅可変側部を設ける構成とすることもできる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，電子放出素子に適用可能であり，特に絶縁層を介して２つの駆動電極が相互に直交または交差するように配置される構造を有する電子放出素子に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態による電子放出素子の部分断面図である。 本発明の第１の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。 本発明の第２の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。 本発明の第３の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。 本発明の第４の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。 本発明の第５の実施の形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。 本発明の第５の実施の形態による電子放出素子の部分断面図である。 本発明の第５の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。 本発明の第６の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。 本発明の第７の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。 本発明の第８の実施の形態による電子放出素子の第１基板上の構造物の部分平面図である。

符号の説明

２ 第１基板
８ 絶縁層
４ 第２基板
１８ 蛍光層
２０ 黒色層
２２ アノード電極
１４ 電子放出部
１２ 開口部
６，２８，２８’ 第１電極（カソード電極）
１０，１０’，２６ 第２電極（ゲート電極）
１６，１６’，３０，３０’ 幅可変側部
３８ 電子放出部
３２，４４，４４’ 第１電極（ゲート電極）
３６，３６’，４２ 第２電極（カソード電極）
４０，４０’，４６，４６’ 幅可変側部
１０１，１０１’，２８１，２８１’，３６１，３６１’，４４１，４４１’ 第１領域
１０２，１０２’，２８２，２８２’，３６２，３６２’，４４２，４４２’ 第２領域
１０３，１０３’，２８３，２８３’，３６３，３６３’，４４３，４４３’ 第３領域

Claims (14)

1. 基板上に一方向に延びて形成される複数の第１電極と；
   前記第１電極を覆うように，前記基板の全面に形成される絶縁層と；
   前記絶縁層上に，前記第１電極と直交する方向に延びて形成される複数の第２電極と；
   前記第１電極または前記第２電極のいずれかの電極に接続される電子放出部と；
   を含み，
   前記第２電極は，前記第１電極を跨ぐ領域において他の領域よりも前記基板と反対方向に突出しており，
   前記第１電極及び前記第２電極のいすれか一方の電極のそれぞれは，一定の幅を有するように形成され，
   前記第１電極及び前記第２電極のいすれか他方の電極のそれぞれは，
   前記一方の電極と重畳する領域に，一定な第１の幅を有するように設けられる第１領域と，
   相互に隣接する前記一方の電極の間の領域に，前記第１の幅とは異なる一定な第２の幅を有するように設けられる第２領域と，
   前記第１の幅から前記第２の幅へと直線的に変化する幅で形成された幅可変側部を有するように設けられて，前記第１領域と前記第２領域とを連結する第３領域と，
   を有し，
   前記一方の電極は，当該一方の電極の両側部が前記他方の電極の両側部に対して鋭角または鈍角をなすように，前記幅可変側部の幅が前記第１の幅から前記第２の幅へと直線的に変化している途中の位置で前記他方の電極の側部に交差すること，
   を特徴とする電子放出素子。
2. 前記一方の電極は，前記第１電極であり，
   前記他方の電極は，前記第２電極であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 前記第１の幅は前記第２の幅より大きく，前記第２電極の幅可変側部と前記第１電極の側部とは，前記第１電極の側部外側において１０５°〜１６５°の傾斜角をなして交差することを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
4. 前記第１の幅は前記第２の幅より小さく，前記第２電極の幅可変側部と前記第１電極の側部とは，前記第１電極の側部外側において１５°〜７５°の傾斜角をなして交差することを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
5. 前記一方の電極は，前記第２電極であり，
   前記他方の電極は，前記第１電極であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
6. 前記第１の幅は前記第２の幅より大きく，前記第１電極の幅可変側部と前記第２電極の側部とは，前記第２電極の側部外側において１０５°〜１６５°の傾斜角をなして交差することを特徴とする請求項５に記載の電子放出素子。
7. 前記第１の幅は前記第２の幅より小さく，前記第１電極の幅可変側部と前記第２電極の側部とは，前記第２電極の側部外側において１５°〜７５°の傾斜角をなして交差することを特徴とする請求項５に記載の電子放出素子。
8. 前記絶縁層の厚さは，前記第１電極の厚さの２倍以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電子放出素子。
9. 前記絶縁層の厚さは，１０μｍより小さいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電子放出素子。
10. 前記電子放出部は前記第１電極上に配置され，前記第２電極及び前記絶縁層は，前記電子放出部を露出させるように開口部を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電子放出素子。
11. 前記絶縁層の上面が，前記電子放出部の上面より高く形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電子放出素子。
12. 前記電子放出部は，前記第２電極の一方の側部に接触して配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
13. 前記電子放出部は，カーボンナノチューブ，黒鉛，黒鉛ナノファイバ，ダイアモンド，ダイアモンド状カーボン，Ｃ_６０，またはシリコンナノワイヤーからなる群から選択される少なくとも１種の物質を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の電子放出素子。
14. 前記基板に対向して配置される他の基板と，前記他の基板に形成される蛍光層と，前記蛍光層の一面に配置される少なくとも１つのアノード電極とをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の電子放出素子。
    
    
    

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