JP4479525B2 - 電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電気光学装置、並びに電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電気光学装置、並びに電子機器に関する。

近年、ディスプレイの大画面化が進んできており、その薄型化と低消費電力化とが、重要な技術課題となっている。そこで、これらの技術課題を解決することが可能なＳＥＤ（表面電界ディスプレイ：Ｓｕｒｆａｃｅ―ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ―ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）に注目がそそがれている。このＳＥＤに採用されている表面伝導型電子放出素子は、カソード電極に画素と同じ数だけの複数の電子放出部が格子状に形成されていて、真空中において、この電子放出部から電子が放出されると、カソード電極に対向して配置されたアノード電極に形成された蛍光体に電子が衝突する。そして、電子が蛍光体に衝突したときに、この蛍光体が発光することによって、画素上に所定の色が出現する。基板上に複数の電子放出部を格子状に形成する方法として各種の方法が提案されていた。

例えば、特許文献１に開示されているように、電子放出素子は、電気的に並列に接続された同じ電子放出特性の電子放出部を複数有している構成であって、その内の特性の悪い電子放出部を切り離して、特性のよい方の電子放出部を駆動することで、電子放出素子を救済する方法であった。

特開平６−２５１６９号公報

ところが、特許文献１では、各電子放出素子に備えられた電子放出部の電子放出特性がほぼ同じであるから、ほぼ同一の輝度表現しかできなかった。つまり、ダイナミックレンジを変えることができなかったので、きめ細かい諧調表現をすることや、輝度とコントラスト比とを、より大きくすることが困難であった。

本発明の目的は、明るくて、高画質・高精細の表示が可能な電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電気光学装置、並びに電子機器を提供することである。

本発明の電子放出素子は、画素内に電子放出部を有する電子放出素子であって、基板上に形成された第１電極と前記第１電極に対向する位置に形成された第２電極と、前記第１電極に接続する第１配線と、前記第２電極に接続する第２配線と、前記第１電極と前記第２電極とに形成された導電膜と、前記導電膜に形成された前記電子放出部と、を備え、前記電子放出部が、前記第１配線と前記第２配線とに接続しており、前記画素内に、少なくとも２つの異なる電子放出特性を有する前記電子放出部が、備えられていることを特徴とする。

この発明によれば、１つの画素内で電子放出特性の異なる電子放出部が２つできるから、２つの電子放出部を合わせて使用すれば、ダイナミックレンジを大きくできるから、最大輝度とコントラスト比とを、より大きくすることができるので、明るくて、高画質・高精細の表示が可能な電子放出素子ができる。

本発明の電子放出素子は、前記電子放出部が、第１電子放出部と前記第１電子放出部より電子放出しやすい第２電子放出部とを備えていることが望ましい。

この発明によれば、２つの電子放出部の電子放出量が同じではないので、電子放出しにくい方の電子放出部と、電子放出しやすい方の電子放出部とを各々単独で使用することもできるので、きめ細かい諧調表現の実現や、輝度とコントラスト比とを大きくすることができる。

本発明の電子放出素子は、前記第１電子放出部と前記第２電子放出部とに電流が流れるときに、前記第２電子放出部に過電流が流れると、前記第１電子放出部が、前記過電流を流れにくくする保護回路を備えていることが望ましい。

この発明によれば、電流を第１電子放出部と第２電子放出部とに加えて、電子放出部が電子を放出するときに、飽和する以上の電流が第１電子放出部に加わっても、第１電子放出部は、保護回路があるので、破損しにくくなる。

本発明の電子放出素子の形成方法は、画素内に電子放出部を有する電子放出素子の形成方法であって、基板上に第１電極を備えた第１配線を形成する工程と、前記第１配線と交差し、かつ、前記第１電極に対向する位置に配置された第２電極を備えた第２配線を形成する工程と、前記第１電極と前記第２電極とに導電膜を形成する工程と、前記第１配線に第１接続部を備えており、前記第１接続部に接続するように第３配線を形成する工程と、前記第２配線に第２接続部を備えており、前記第２接続部に接続するように第４配線を形成する工程と、前記第３配線と前記第４配線とから所定の電圧を前記導電膜に印加して、前記画素内に少なくとも２つの異なる電子放出特性を有する前記電子放出部を形成する工程と、前記第１接続部と前記第２接続部とを切断する工程と、を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、１つの画素内で電子放出特性の異なる電子放出部が２つできるから、２つの電子放出部を同時に使用すれば、ダイナミックレンジを大きくできるから、輝度とコントラスト比とを大きくすることができるので、明るくて、高画質・高精細の表示が可能な電子放出素子を提供できる。

本発明の電子放出素子の形成方法は、前記電子放出部を形成する工程では、前記電子放出部が、第１電子放出部と前記第１電子放出部より電子放出しやすい第２電子放出部とを備えていることが望ましい。

この発明によれば、２つの電子放出部の電子放出量が同じではないので、電子放出しにくい方の電子放出部と、電子放出しやすい方の電子放出部とを各々単独で使用することもできるので、きめ細かい諧調表現の実現や、最大輝度とコントラスト比とを大きくすることができる。用途によって電子放出部を選択的に駆動することが可能な電子放出素子を提供できる。

本発明の電子放出素子の形成方法は、前記第２配線を形成する工程では、保護回路も形成することが望ましい。

この発明によれば、第２配線を形成する時に保護回路も形成するので、効率的である。

本発明の電気光学装置は、前述の電子放出素子を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、きめ細かい諧調表現や、最大輝度とコントラスト比とを大きくすることが可能な電子放出素子を備えているので、明るくて、高画質・高精細な電気光学装置を提供できる。

本発明の電子機器は、前述の電気光学装置を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、明るくて、高精細な電気光学装置を有しているので、より明るくて、高画質・高精細な電子機器を提供できる。

以下、本発明の電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電気光学装置、並びに電子機器について実施形態を挙げ、添付図面に沿って詳細に説明する。

（実施形態）
（電子放出素子の構成）
本発明の実施形態の要部について詳細に説明する。図１は、本実施形態の電子放出素子の概略平面図である。

基板１１は、電気的に絶縁性を有するもので、例えば石英ガラス、Ｎａなどの不純物含有量を減少させたガラスである。

図１に示すように、基板１１上には、Ｘ方向に伸長する第２配線としての配線１７が形成されている。そして、配線１７と交差するように、Ｙ方向に伸長する第１配線としての配線１８が形成されている。配線１７と配線１８との交差部に絶縁層１５が形成されている。

配線１７に第２電極４Ａ、４Ｂが形成されており、配線１８に第１電極５Ａ、５Ｂが形成されている。第１電極５Ａと第２電極４Ａとの間に形成された電子放出部１３Ａを含む電子放出素子１０Ａが形成されている。同様に、第１電極５Ｂと第２電極４Ｂとの間に形成された電子放出部１３Ｂを含む電子放出素子１０Ｂが形成されている。つまり、１つの画素Ｇ内に電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂとを備えた電子放出素子１０になっている。そして、電子放出素子１０は、基板１１のＸ方向とＹ方向とに多数個配置されている。

基板１１上に、電子放出素子１０を駆動するためのＸ方向駆動用端子３１とＹ方向駆動用端子３２とが形成されている。Ｘ方向駆動用端子３１（３１Ａ、３１Ｂ）は、１行に１つ形成されており、電子放出素子１０Ａを駆動するためのＸ方向駆動用端子３１Ａと電子放出素子１０Ｂを駆動するためのＸ方向駆動用端子３１Ｂとがある。Ｙ方向駆動用端子３２は、１列に１つ形成されている。また、保護回路３３が配線１７に形成されている。この保護回路３３は、電子放出素子１０Ａに過剰な電流が流れ込まないようにするためのサイリスタまたは抵抗などで構成されている。
（電子放出素子の形成方法）

次に、本実施形態の電子放出素子の形成方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ｄ）、（ｅ）および、図４（ｆ）〜（ｍ）は、本実施形態に係る電子放出素子の形成方法の手順を示す模式図である。図４の（ｇ）、（ｉ）、（ｋ）、（ｍ）は、各平面図中のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を示す概略断面図である。図５は、電子放出素子の製造工程を示すフローチャートである。

図２、図３、図４に示すように、電子放出素子の概略製造工程は、第１配線としての配線１８を形成する工程と、絶縁膜としての絶縁層１５を形成する工程と、第２配線としての配線１７を形成する工程と、第３配線１９を形成する工程と、第４配線２０を形成する工程と、放電防止膜６を形成する工程と、導電膜としての導電性薄膜１４を形成する工程と、電子放出部１３を形成する工程と、第１接続部３５、第２接続部３６を切断する切断工程とに大別できる。以下、各工程について詳細に説明する。

基板１１を、洗剤、純水および有機溶剤などを用いて十分に洗浄して、基板１１上に付着している汚染物を除去する前処理を施す。その後、図５のステップＳ１１では、基板１１上に図示しないマスクを置いて、真空蒸着法又はスパッタリング法などの薄膜形成方法によって、図２（ａ）に示すように、配線１８、１８Ｙ、素子電極５、Ｙ方向駆動用端子３２、を形成する。

これら配線１８、１８Ｙ、素子電極５、Ｙ方向駆動用端子３２、の材料としては、一般的な導体材料を用いることができる。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄなどの金属或いは合金、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂、Ｐｄ−Ａｇなどの金属或は金属酸化物とガラスなどから構成される印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂などの透明導電体、ポリシリコンなどの半導体材料などから適宜選択することができる。配線１８の幅は１０μｍから３００μｍの範囲である。また、好ましい配線１８の膜厚は、１０ｎｍから３μｍの範囲である。なお、Ｙ方向駆動用端子３２の大きさは、縦が約１０００μｍで、横を約５００μｍとした。配線１８Ｙは、後述する配線１７と接続するように配置される。なお、基板１１上に形成される配線１８は、必要に応じてマスクの形状を変更すれば、配線１８の幅や長さを変えることができるので、電子放出素子１０を配置できる範囲内で変更可能である。

次に、図５のステップＳ１２では、図２（ｂ）に示すように、配線１８、１８Ｙの上に絶縁層１５を形成する。なお、配線１８、１８Ｙと後述する配線１７とが交差する部分に絶縁層１５が配置される。絶縁層１５を形成する方法は、真空蒸着法又はスパッタリング法などの薄膜形成方法による。液滴吐出法により形成してもよい。

絶縁層１５の材料としては、半導体プロセスなどで使用される材料を用いることができる。例えば、ＳｉＯ₂や、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などを使用することができる。絶縁層１５の幅は、１０μｍから３００μｍの範囲である。そして、絶縁層１５の膜厚は、２μｍから２００μｍの範囲であり、好ましくは２μｍから２０μｍの範囲である。

次に、図５のステップＳ１３では、図２（ｃ）に示すように、第２配線としての配線１７、素子電極４、Ｘ方向駆動用端子３１（３１Ａ、３１Ｂ）、保護回路３３、を形成する。なお、これら配線１７、素子電極４、Ｘ方向駆動用端子３１（３１Ａ、３１Ｂ）、保護回路３３、の形成方法は、前述の配線１８の形成方法と同じ薄膜形成方法であり、材料、幅、膜厚なども、前述の配線１８、１８Ｙ、素子電極５、Ｙ方向駆動用端子３２、と同じである。

次に、図５のステップＳ１４では、図３（ｄ）に示すように、第３配線としての配線１９、電子放出部製造用端子５５を形成する。配線１９の形成方法は、前述の配線１８および配線１７の形成方法と同じ薄膜形成方法であり、材料、幅、膜厚なども、同じである。なお、電子放出部製造用端子５５の形成方法は、配線１９と同じ薄膜形成方法であり、材料、膜厚なども、同じである。ただし、その大きさは、縦が約５００μｍで、横を約５００μｍにした。

次に、図５のステップＳ１５では、図３（ｅ）に示すように、第４配線としての配線２０、電子放出部製造用端子５１Ａ、５１Ｂを形成する。配線２０の形成方法は、前述の配線１８および配線１７の形成方法と同じ薄膜形成方法であり、材料、幅、膜厚なども、同じである。なお、電子放出部製造用端子５１Ａ、５１Ｂの形成方法は、配線２０の形成方法と同じ薄膜形成方法であり、材料、膜厚なども、同じである。ただし、その大きさを縦が約５００μｍで、横を約５００μｍにした。

次に、図５のステップＳ１６では、図４（ｆ）、（ｇ）に示すように、放電防止膜６を素子電極４，５の上に形成する。放電防止膜６を形成する方法は、真空蒸着法又はスパッタリング法などの薄膜形成方法による。好ましい放電防止膜６の膜厚は、２０ｎｍから２μｍの範囲である。ここでは、１μｍとした。そして、液滴Ｌが配置できる開口部６ａを形成する。

次に、図５のステップＳ１７では、図４（ｈ）、（ｉ）に示すように、液滴吐出方法により、開口部６ａ内に液滴Ｌを滴下する。その後、液滴Ｌを乾燥して薄膜化することや、乾燥後必要に応じて更に焼成（加熱処理）することによって、開口部６ａ内に形成されている素子電極４，５の端部上を覆って、これら素子電極４，５に接続された導電膜としての導電性薄膜１４Ａ、１４Ｂを形成する。

ここで、導電性薄膜１４Ａを形成するときの液滴Ｌの量が、導電性薄膜１４Ｂを形成するときの液滴Ｌの量より少なければ、導電性薄膜１４Ａの膜厚が、導電性薄膜１４Ｂより薄く形成される。なお、本実施形態では、導電性薄膜１４Ａの膜厚を導電性薄膜１４Ｂより薄く形成したがこれに限らない。例えば、逆にして、導電性薄膜１４Ｂの膜厚を導電性薄膜１４Ａより薄く形成してもよい。

導電性薄膜１４Ａ、１４Ｂを形成するための液滴Ｌは、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液からなるものである。本実施の形態では、導電性微粒子として、例えば、金、銀、銅、鉄、クロム、マンガン、モリブデン、チタン、パラジウム、タングステン及びニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。これらの導電性微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。導電性微粒子の粒径は１ｎｍ以上０．１μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍより大きいと、後述する液滴吐出ヘッドの吐出ノズルに目詰まりが生じるおそれがある。また、１ｎｍより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。

分散媒としては、上記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法への適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。

上記導電性微粒子の分散液の表面張力は０．０２Ｎ／ｍ以上０．０７Ｎ／ｍ以下の範囲内であることが好ましい。液滴吐出法にて液体を吐出する際、表面張力が０．０２Ｎ／ｍ未満であると、配線パターン用機能液の組成物の吐出ノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じやすくなり、０．０７Ｎ／ｍを超えると吐出ノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出制御が困難になる。表面張力を調整するため、上記分散液には、基板との接触角を大きく低下させない範囲で、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加するとよい。ノニオン系表面張力調節剤は、液体の基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良し、膜の微細な凹凸の発生などの防止に役立つものである。上記表面張力調節剤は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでもよい。

上記分散液の粘度は１ｍＰａ・ｓ以上５０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。液滴吐出法を用いて液体材料を液滴Ｌとして吐出する際、粘度が１ｍＰａ・ｓより小さい場合には吐出ノズル周辺部が配線パターン用機能液の流出により汚染されやすく、また粘度が５０ｍＰａ・ｓより大きい場合は、流動抵抗が高くなり円滑な液滴Ｌの吐出が困難となる。

液滴Ｌを滴下するための液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式等が挙げられる。ここで、帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に３０ｋｇ／ｃｍ²程度の超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式は、ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。

また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、材料を急激に気化させてバブル（泡）を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、吐出ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。なお、液滴吐出法により吐出される液体材料の一滴の量は例えば１〜３００ナノグラムである。

滴下された液滴Ｌは、分散媒の除去及び膜厚確保のため、必要に応じて乾燥処理をする。乾燥方法は、例えば基板１１を加熱する通常のホットプレート、電気炉などによる処理の他、ランプアニールによって行うこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ、ＡｒＣｌなどのエキシマレーザなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、出力１０Ｗ以上５０００Ｗ以下の範囲のものが用いられるが、本実施形態では１００Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲で十分である。

液滴Ｌ吐出後の乾燥膜は、導電性を得るために熱処理を行い、有機分を除去し金属粒子を残留させる必要があるため、液滴Ｌ吐出後の基板１１には熱処理及び光処理が施される。

熱処理及び光処理は通常大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中、または水素などの還元雰囲気中で行うこともできる。熱処理及び光処理の処理温度は、分散媒の沸点（蒸気圧）、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング材の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。本実施形態では、吐出された液滴Ｌに対して、大気中クリーンオーブンにて２８０〜３００℃で３００分間の焼成が行われる。なお、例えば、有機銀化合物の有機分を除去するには、約２００℃で焼成することが必要である。また、プラスチックなどの基板を使用する場合には、室温以上２５０℃以下で行うことが好ましい。以上により乾燥膜は微粒子間の電気的接触が確保され、導電性薄膜１４Ａ、１４Ｂに変換される。

次に、電子放出部１３を形成するための通電フォーミング処理について説明する。

図６は、通電フォーミング処理の電圧波形の例を示す図である。同図において、横軸が時間であり、縦軸が電圧を示す。通電フォーミングの電圧波形は、パルス波形が好ましい。なお、この通電フォーミング処理は、特許文献の特開２００２−３１３２２０に開示されている。

図６（ａ）は、パルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加する手法である。

図６（ｂ）は、パルス波高値を増加させながら、電圧パルスを印加する手法である。

次に、図５のステップＳ１８では、図４（ｊ）、（ｋ）に示すように、前述のいずれかの方法で、導電性薄膜１４Ａ、１４Ｂを通電フォーミング処理することで、第１電子放出部としての電子放出部１３Ａと第２電子放出部としての１３Ｂとが形成される。

電子放出部１３Ａは、電子放出部製造用端子５１Ａ、５５との間に所定の電圧パルスを導電性薄膜１４Ａに印加することによって形成できる。同様に、電子放出部１３Ｂは、電子放出部製造用端子５１Ｂ、５５との間に所定の電圧パルスを導電性薄膜１４Ｂに印加することによって形成できる。

導電性薄膜１４Ａより導電性薄膜１４Ｂの膜厚が厚く形成されているから、ナノギャップの幅は、電子放出部１３Ａより電子放出部１３Ｂの方が広く形成されやすい。そのため、電子放出部１３Ａより電子放出部１３Ｂの方が電子放出しやすい。なお、電子放出部１３Ａ、１３Ｂを形成するための通電フォーミング処理は、どちらを先に行っても構わない。

次に、図５のステップＳ１９では、第１接続部３５と第２接続部３６とを切断する。図４（ｌ）、（ｍ）に示すように、第１接続部３５は、配線１８と配線１９との接続部分にある。第２接続部３６は、２箇所あり、配線１７と配線２０との接続部分にある。各接続部分の切断方法は、エッチングすることにより可能である。エッチング方法は、ドライエッチング法や、ウエットエッチング法を採用できる。なお、その他の切断方法としては、レーザ加工法や、イオンミーリング法、放電加工法、機械的切断法なども適用できる。これらエッチング方法、レーザ加工法、イオンミーリング法、放電加工法、の切断方法で、第１接続部３５と第２接続部３６とを切断すると、配線１８Ｙ、配線１９、配線２０、電子放出部製造用端子５１Ａ、５１Ｂ、電子放出部製造用端子５５とが取り除かれる。機械的切断法で、基板１１を第１接続部３５と第２接続部３６とで切断することもできる。そして、図１に示すように、Ｘ方向駆動用端子３１とＹ方向駆動用端子３２とを備えた電子放出素子１０ができる。電子放出素子１０は、電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂとを備え、Ｘ方向駆動用端子３１とＹ方向駆動用端子３２との間に所定の電圧を加えることによって、電子放出素子１０を駆動させることができる。Ｘ方向駆動用端子３１ＡとＹ方向駆動用端子３２とで、電子放出素子１０Ａを駆動できる。Ｘ方向駆動用端子３１ＢとＹ方向駆動用端子３２とで、電子放出素子１０Ｂを駆動できる。

（電気光学装置の構成）

図７は、電気光学装置の概略構成を示した図であり、同図（ａ）は、図（ｂ）中のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を示す概略断面図であり、同図（ｂ）は、概略平面図である。

図７（ａ）に示すように、電気光学装置７０は、電子放出素子１０が配列された基板１１と、基板１１に対向する表示基板７１とを備えている。基板１１と表示基板７１とが、図示しない外枠部材を介して一定間隔に保たれ、これら基板１１と表示基板７１との間には、空間部７２を備え、この空間部７２は、１０^-7Ｔｏｒｒ（ニュートン/ｍ²）程度の真空状態に封止されている。基板１１上に、電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂとが形成されている。電子放出素子１０Ａは、第１電極４Ａと第２電極５Ａとに配置された導電性薄膜１４Ａに形成されたナノギャップを有する電子放出部１３Ａを備えている。電子放出素子１０Ｂは、第１電極４Ｂと第２電極５Ｂとに配置された導電性薄膜１４Ｂに形成されたナノギャップを有する電子放出部１３Ｂを備えている。なお、電子放出部１３Ａに比べて、電子放出部１３Ｂのナノギャップの幅が広く形成されている。

表示基板７１は、対向電極７３と蛍光膜７４と遮光膜７５とを備えている。遮光膜７５は、画素Ｇを区画するように電子放出素子１０の配列に合わせて形成されており、画素Ｇ間におけるクロストークや蛍光膜７４による外光反射を低減する役割を果たす。材料としては、黒鉛など、導電性および遮光性のある材料が用いられる。蛍光膜７４は、蛍光体を含んでおり、電子放出素子１０からの放出電子の衝突によって蛍光体が発光することで、画素Ｇを点灯させる役割を果たす。基板１１に配列された電子放出素子１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、電子放出部１３Ａ、１３Ｂを備え、電子放出部１３Ａより電子放出部１３Ｂの方が電子放出しやすい。そして、電子放出部１３Ａ、１３Ｂが、蛍光膜７４と対向する位置に配置されている。

ここで、電気光学装置７０がカラー表示タイプの場合には、蛍光膜７４は、画素Ｇごとに三原色に対応する蛍光体で分けられて形成される。対向電極７３には加速電圧（例えば、１０ｋＶ程度）が印加され、蛍光膜７４の蛍光体を励起させるのに十分なエネルギーを与えるために、放出電子を加速する役割を果たす。対向電極７３には、例えば、ＩＴＯ等の透明性導電体が用いられる。

図７（ｂ）に示すように、基板１１上には、配線１７と配線１８とが交差するように形成されている。配線１７から延出して形成された第２電極４Ａ、４Ｂと、配線１８から延出して形成された第１電極５Ａ、５Ｂとによって電子放出素子１０Ａ、１０Ｂが形成され、１つの画素Ｇ内に電子放出素子１０Ａ、１０Ｂとで電子放出素子１０が構成されている。各画素Ｇに対応する電子放出素子１０が配設された、いわゆる単純マトリクス型の素子配列を備えている。Ｘ軸方向に伸長した配線１７とＹ軸方向に伸長した配線１８との交点に、絶縁層１５が形成されている。そして、配線１７には、電子放出素子１０を１行（図のＸ軸方向の並び）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が、Ｘ方向駆動用端子３１から印加され、配線１８には、走査信号により選択された行の電子放出素子１０の電子放出を制御するための階調信号が、Ｙ方向駆動用端子３２から印加されて、画素単位での電子放出が制御される。

電気光学装置７０の構成は以上のようであって、配線１７に印加する走査信号と配線１８に印加する階調信号とを制御して、電子放出素子１０から電子を放出させ、対向電極７３で加速された放出電子が蛍光膜７４に衝突することで、画素Ｇが点灯し、所望の画像が表示される。

図８（ａ）は、保護回路の構成を示す概略図であり、同図（ｂ）は、階調信号強度と電子放出量との関係を示す図である。

図８（ａ）に示すように、電子放出素子１０Ａ₁〜１０Ａ_nまでのｎ個の電子放出素子１０Ａが接続されている電子放出素子１０Ａ側には、保護回路３３が組み込まれている。他方の電子放出素子１０Ｂ₁〜１０Ｂ_nまでのｎ個の電子放出素子が接続されている電子放出素子１０Ｂ側には、保護回路３３が組み込まれていない。そして、電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂとが並列に接続されている。

階調信号強度を上げるために、電子放出素子１０Ｂの階調信号の電圧を高くすると、電子放出素子１０Ｂは、多くの電子を放出できるので、電子放出量は多くなる。しかし、電子放出素子１０Ａは、電子放出量が飽和するので、電子放出素子１０Ａにも高い電圧が加われば、電子放出素子１０Ａが破損する恐れが生じる。そこで、電子放出素子１０Ａが破損しないようにするために、保護回路３３を設けてある。保護回路３３は、サイリスタまたは抵抗などで構成されているので、過電流を防止できる。このことにより、電子放出素子１０Ａには、過大な階調信号が掛からないように制御される。

図８（ｂ）に示すように、曲線Ａが電子放出素子１０Ａの電子放出特性であり、曲線Ｂが電子放出素子１０Ｂの電子放出特性である。なお、同図において、横軸が階調信号強度を示し、縦軸が電子放出量を示す。

電子放出部１３Ａより電子放出部１３Ｂの方が多くの電子を放出できるので、電子放出素子１０Ａは、電子放出素子１０Ｂと比べて、階調信号強度が大きくなっても電子放出量が少ない傾向を示している。つまり、電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂとでは、各々異なる電子放出特性を有している。

電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂとを組み合わせて使用すると、図８（ｂ）に示す曲線Ｄの電子放出特性を備えた電子放出素子１０となる。また、電子放出素子１０Ａまたは電子放出素子１０Ｂのいずれか一方を使用することもできる。電子放出素子１０Ａのみを使用すれば、電子放出量が少なくなる。

以上のような実施形態では、次のような効果が得られる。

（１）１つの画素Ｇ内で電子放出特性の異なる電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂとができる。これら電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂとを組み合わせた電子放出素子１０を駆動すれば、最大輝度とコントラスト比とをさらに大きくすることができる。本実施形態によれば、ダイナミックレンジを大きくできるので、明るくて、高画質・高精細の表示が可能な電子放出素子１０を提供できる。
（２）電子放出素子１０Ａと電子放出素子１０Ｂの電子放出量が同じではないので、電子放出しにくい方の電子放出素子１０Ａを駆動すれば、階調信号強度が大きくなっても電子放出量が少ないため、きめ細かな諧調表現ができる。電子放出しやすい方の電子放出素子１０Ｂを駆動すれば、階調信号強度が大きくなると、輝度とコントラスト比とを大きくすることができる。
（３）過電流が電子放出素子１０に流れても、一定電流以上流れにくくするための保護回路３３が電子放出素子１０Ａにあるので、電子放出素子１０Ａが破損しにくくなる。
（４）明るくて、高画質・高精細の表示が可能な電子放出素子１０ができるので、明るくて、高画質・高精細な電気光学装置７０を提供できる。
（電子機器）

次に、本発明に係る電気光学装置７０を備えた電子機器について説明する。

図９及び図１０は、電子機器の一例を示す概略斜視図である。

図９を参照して、本実施形態に係る電子機器の具体例を説明する。

図９に示すように、電子機器としての携帯型情報処理装置７００は、キーボード７０１と、情報処理本体７０３と、電気光学装置７０を含む電気光学表示装置７０２と、を備えている。このような携帯型情報処理装置７００のより具体的な例は、パーソナルコンピュータなどである。この携帯型情報処理装置７００は、明るくて、高画質・高精細の表示が可能な電子放出素子１０を有するので、明るくて、高画質・高精細の表示ができる。

次に、図１０を参照して、本実施形態に係る電子機器の具体例を説明する。

図１０に示すように、電子機器としての電子ビーム露光装置８００は、露光部８５０に、電子銃８１０を備えている。さらに、この電子銃８１０に、電子放出特性の優れた電子放出素子１０を備えている。そして、この電子ビーム露光装置８００は、前述の高画質・高精細の表示が可能な電子放出素子１０を備えた電子銃８１０を搭載しているので、微細なパターンが要求されるようなナノメータレベルの高精度な描画ができる。

また、電子放出素子１０を備える電子機器の別の例としては、電子の波動性を利用して、固体より放出する電子ビームの本数、放出方向、電子密度分布、輝度を制御することを特徴とするコヒーレント電子源および前記コヒーレント電子源を適用した、コヒーレント電子ビーム収束装置、電子線ホログラフィー装置、単色化型電子銃、電子顕微鏡、多数本コヒーレント電子ビーム作成装置、電子写真プリンタの描画装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。

以上、好ましい実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含み、本発明の目的を達成できる範囲で、他のいずれの具体的な構造及び形状に設定できる。

（変形例１）前述の実施形態で、導電性薄膜１４Ａ、１４Ｂを形成する工程では、滴下する液滴Ｌの量を変えて膜厚の異なる導電性薄膜１４Ａ、１４Ｂを形成したが、これに限らない。例えば、通電フォーミング処理の条件（電流値・通電時間・電圧パルス）を変えることによって、異なる電子放出特性を有する電子放出部１３Ａ、１３Ｂを形成してもよい。このようにしても、実施形態と同様の効果が得られる。

（変形例２）前述の実施形態で、１つの画素Ｇ内に電子放出素子１０Ａ、１０Ｂを２つ形成する構成にしたが、これに限らない。例えば、２つ以上形成してもよい。このようにすれば、実施形態と同様な効果が得られる上に、ダイナミックレンジをより大きくできるので、よりきめ細かい階調表現や、最大輝度とコントラスト比とをさらに大きくできる。

（変形例３）前述の実施形態で、接続部３５、３６がわかるように第２配線１７、第３配線１９、第４配線２０を別々に形成したが、これに限らない。例えば、第２配線１７、第３配線１９、第４配線２０を同時に形成してから切断してもよい。このようにしても、実施形態と同様の効果が得られる。

実施形態の電子放出素子の概略平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、電子放出素子の製造工程を示す模式図。 （ｄ）、（ｅ）は、電子放出素子の製造工程を示す模式図。 （ｆ）〜（ｍ）は、電子放出素子の製造工程を示す模式図であり、（ｆ）、（ｈ）、（ｊ）、（ｌ）は、平面図。（ｇ）は、（ｆ）中のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を示す概略断面図。（ｉ）は、（ｈ）中のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を示す概略断面図。（ｋ）は、（ｊ）中のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を示す概略断面図。（ｍ）は、（ｌ）中のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を示す概略断面図。 電子放出素子の製造工程を示すフローチャート。 通電フォーミングの電圧波形の例を示す図であり、（ａ）はパルス波高値を定電圧にした図であり、（ｂ）は、パルス波高値を増加した図。 電気光学装置の概略構成を示した図であり、（ａ）は、概略断面図。（ｂ）は、概略平面図。 （ａ）は、保護回路の構成を示す概略図であり、（ｂ）は、階調信号強度と電子放出量との関係を示す図。 電子機器としての携帯型情報処理装置を示す概略斜視図。 電子機器としての電子ビーム露光装置を示す概略斜視図。

符号の説明

４Ａ、４Ｂ…第２電極、５Ａ、５Ｂ…第１電極、１０（１０Ａ、１０Ｂ）…電子放出素子、１１…基板、１３Ａ…第１電子放出部としての電子放出部、１３Ｂ…第２電子放出部として電子放出部、１４（１４Ａ、１４Ｂ）…導電膜としての導電性薄膜、１５…絶縁膜としての絶縁層、１７…第２配線としての配線、１８（１８Ｙ）…第１配線としての配線、１９…第３配線としての配線、２０…第４配線としての配線、３１（３１Ａ、３１Ｂ）…Ｘ方向駆動用端子、３２…Ｙ方向駆動用端子、３３…保護回路、３５…第１接続部、３６…第２接続部、５１Ａ…電子放出部製造用端子、５１Ｂ…電子放出部製造用端子、５５…電子放出部製造用端子、７０…電気光学装置としての表示装置、７１…表示基板、７２…空間部、７３…対向電極、７４…蛍光膜、７５…遮光膜、７００…電子機器としての携帯型情報処理装置、８００…電子機器としての電子ビーム露光装置、Ｇ…画素、Ｌ…液滴、Ｘ…Ｘ方向、Ｙ…Ｙ方向。

Claims (10)

1. １つの画素内に複数の電子放出器を有する電子放出素子であって、
   前記電子放出器の各々は、
   導電膜と、
   前記導電膜に形成された間隙部と、を少なくとも備え、
   前記導電膜は、前記電子放出器ごとに厚さが異なるとともに、前記厚さの厚い方が、前記厚さの薄い方よりも、前記間隙部が広く形成されていることを特徴とする電子放出素子。
2. 前記電子放出器の各々は、
   第１電極と、
   前記第１電極と隣り合う第２電極と、
   前記導電膜が形成される範囲を規定する開口部を有する放電防止膜と、をさらに備え、
   前記導電膜は、前記開口部内において、前記第１電極と前記第２電極との間を覆って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 前記電子放出器は、前記１つの画素内に２つ設けられるとともに、
   各々の前記電子放出器における前記第１電極は、共通配線に接続されており、
   前記間隙部が狭い方の前記電子放出器の前記第２電極に接続される配線には、過電流を防止するための保護回路が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
4. １つの画素内に複数の電子放出器を有する電子放出素子の製造方法であって、
   液滴吐出法を用いて、前記電子放出器ごとに導電膜を形成する導電膜形成工程と、
   前記導電膜に所定の電圧を印加して、前記導電膜に間隙部を形成する間隙部形成工程と、を少なくとも含み、
   前記導電膜形成工程では、前記電子放出器ごとに形成する前記導電膜の厚さを異ならせることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
5. 前記導電膜形成工程では、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液を吐出することによって、前記導電膜を形成するとともに、
   前記電子放出器ごとに前記吐出する前記分散液の量を増減することにより、前記導電膜の厚さを異ならせることを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
6. 前記導電膜形成工程の前に、前記電子放出器ごとに、隣り合って配置される第１電極と、第２電極とを形成する電極形成工程を、さらに有し、
   前記導電膜形成工程では、前記電子放出器ごとに前記第１電極と前記第２電極との間を覆って前記導電膜を形成し、
   前記間隙部形成工程では、前記第１電極と前記第２電極との間に、前記所定の電圧を印加することにより、前記導電膜に間隙部を形成することを特徴とする請求項４または５に記載の電子放出素子の製造方法。
7. 前記電極形成工程の後に、
   前記第１電極および前記第２電極の端部を露出させる開口部を有する放電防止膜を形成する工程をさらに備え、
   前記導電膜形成工程においては、前記開口部内に前記分散媒を吐出することを特徴とする請求項６に記載の電子放出素子の製造方法。
8. 前記電極形成工程では、複数の前記第１電極を共通配線に接続するように形成するとともに、前記間隙部が狭い方の前記電子放出器の前記第２電極に接続される配線に、過電流を防止するための保護回路をさらに形成することを特徴とする請求項６または７に記載の電子放出素子の製造方法。
9. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子放出素子を備えたことを特徴とする電気光学装置。
10. 請求項９に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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