JP4594077B2 - 電子放出素子及びそれを用いた電子源並びに画像表示装置および情報表示再生装置 - Google Patents

Description

本発明は電子放出素子及びそれを用いた電子源並びに画像表示装置に関する。また、本発明は、テレビジョン放送などの放送信号を受信し、放送信号に含まれる映像情報、文字情報、音声情報を表示および再生するテレビジョンなどの情報表示再生装置に関する。

電子放出素子には電界放出型や表面伝導型などの電子放出素子がある。表面伝導型電子放出素子は、特許文献１〜３に開示されているように、「活性化」と呼ばれる処理を施す場合がある。活性化処理とは、一対の導電性膜の間隙内および間隙近傍の導電性膜上にカーボン膜を形成する工程である。図２１は、特許文献３に開示された電子放出素子の断面模式図である。同図において１は基板、４ａ、４ｂは導電性薄膜、７は第１の間隙、８は第２の間隙、２１ａ、２１ｂはカーボン膜、２２は基板１に形成された凹部である。

このような電子放出素子を複数個配列した電子源を備えた基板と、蛍光体等からなる発光体膜を備えた基板とを対向させて内部を真空に維持することで画像表示装置を構成することができる。
特開２０００−２５１６４２号公報 特開２０００−２５１６４３号公報 特開２０００−２３１８７２号公報

しかしながら、近年の画像表示装置においては、より明るい表示画像を長期に渡って安定して提供できることが求められている。そのため、より高く、より安定した電子放出効率を実現する電子放出素子が望まれている。ここで、電子放出効率とは、上記一対の導電性膜間に電圧を印加したときに、上記一対の導電性膜間に流れる電流（以下、素子電流Ｉｆと呼ぶ）に対する真空中に放出される電流（以下、放出電流Ｉｅと呼ぶ）との電流比を指す。つまり、素子電流Ｉｆはできるだけ小さく、放出電流Ｉｅはできるだけ大きいことが電子放出素子に望まれている。高い電子放出効率を長時間にわたり安定に制御することができれば、前述の画像表示装置においては、低電力で明るい高品位な画像表示装置（例えばフラットテレビ）が実現できる。

従って、本発明は、電子放出効率が高く、良好な電子放出特性を長時間にわたり実現する電子放出素子、及びそれを用いた電子源並びに画像表示装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明は、上記課題を解決するものであって、基体表面上に配置された第１導電膜と第２導電膜とを備え、該第１および第２導電膜の各々の端部は間隔を置いて互いに対向しており、前記第１導電膜の端部が、前記第２導電膜までの最短距離ｄ１が１０ｎｍ以下であり且つ前記第２導電膜に向けられている、凸部を備えている電子放出素子であって、前記第１導電膜の前記端部の一部であって前記凸部から前記最短距離ｄ１離れた部分と、前記第２導電膜の前記端部との最短距離ｄ２との比ｄ２／ｄ１が、１．２以上であることを特徴とする。

そして、本発明はまた、基体表面上に配置された第１導電膜と第２導電膜とを備え、該第１および第２導電膜の各々の端部は間隔を置いて互いに対向しており、前記第２導電膜までの最短距離ｄ１が１０ｎｍ以下である部分を前記第１導電膜の前記端部が備えている電子放出素子であって、前記第１導電膜の前記端部の一部であって前記第２導電膜までの最短距離ｄ１が１０ｎｍ以下である前記部分から前記最短距離ｄ１離れた部分と、前記第２導電膜の前記端部との最短距離をｄ２とした際に、ｄ２／ｄ１が、１．２以上であることを特徴とするものでもある。

また、上記本発明は、「前記凸部から前記最短距離ｄ１離れた部分が、前記凸部を含み前記基体表面と平行な平面内に位置すること」、「前記第１導電膜の端部が前記凸部を複数備えており、該複数の凸部の各々は、前記基体表面に対する垂直方向において互いに重ならないように配置されていること」、「前記凸部の各々の間隔が３ｄ１以上であること」、「前記凸部の各々の間隔が２０００ｄ１以下であること」、「前記間隙が、前記基体表面と平行な平面内を蛇行していること」、「前記第１および第２導電膜が、炭素を含む導電膜であること」、「前記第１導電膜と第２導電膜との間において、前記基体表面は凹部を有すること」をもその特徴とする。

本発明は、また、複数の上記本発明の電子放出素子を備える電子源、および、上記電子源と発光体とを有する画像表示装置をも、その特徴とするものである。

本発明は、また、受信した放送信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを出力する受信器と、該受信器に接続された上記画像表示装置とを少なくとも備える情報表示再生装置をも、その特徴とするものである。

本発明によれば、電子放出効率が飛躍的に向上した電子放出素子を提供することができる。その結果、長期に渡り表示品位に優れた画像表示装置や情報表示再生装置を提供することができる。

また、本発明の電子放出装置によれば、前記第１、第２導電性膜間に電圧を印加し、電子放出をさせた場合において、前記ｄ２／ｄ１が１．２以上であることにより、前記第１導電性膜の端部近傍における電位分布が変わることで、出射された電子の軌道が変化し、結果としてアノードに到達する放出電流Ｉｅが増加する（効率が増加する）。

以下に、本発明の電子放出素子の実施形態について説明する。まず、本発明にかかわる電子放出素子の基本的な構成の一例について図３０（ａ）を用いて説明する。

図３０（ａ）は、本発明の電子放出素子の典型的な構成を示す模式的な平面図である。ガラスなどから形成された絶縁性基板１上に、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが配置される。間隙８を境に、第１導電性膜２１ａの端部と第２導電性膜２１ｂの端部とが対向している。このため、第１導電性膜２１ａの第２導電性膜２１ｂ側の端部と、第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部とが、間隙８の外縁を形成していると言うこともできる。

図３０（ａ）において、ＡおよびＢは、第１導電性膜２１ａの端部と第２導電性膜２１ｂの端部との間隔が周囲に比べてより狭くなっている部分（周囲より電界が強くなる部分）において対向する、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂのそれぞれの端部の一部分を指している。そのため、第１導電性膜２１ａの部分Ａは、「凸部」と呼ぶこともできる。

この電子放出素子を駆動する（電子放出させる）場合においては、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとに電源を接続し、第２導電性膜２１ｂの電位が第１導電性膜２１ａの電位よりも高くなるように、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に電圧を印加する。そのため、典型的には、第１導電性膜２１ａの部分Ａを電子放出部と言うことができるかもしれない。

第１導電性膜２１ａの第２導電性膜２１ｂ側の端部は、図３０（ａ）に示すように、放出電流の安定性の観点から、第２導電性膜２１ｂに向けた凸部（部分Ａ）を多数備えることが好ましい。換言すると、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が周囲に比べてより狭くなっている部分が多数配置されていることが好ましい。

そして、第２導電性膜２１ｂの部分Ｂは、部分Ａの最も近くに位置する第２導電性膜２１ｂの部分と言うことができる。この部分Ａと部分Ｂとの間隔は“ｄ１”で定義することができる。そして、電子を放出させるために必要な駆動電圧を５０Ｖ以下好ましくは２０Ｖ以下に抑える上で、ｄ１は１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下に設定される。また、駆動時の安定性の観点および製造の再現性の観点から、ｄ１は、好ましくは１ｎｍ以上、さらに好ましくは３ｎｍ以上に設定される。

また、第１導電性膜２１ａの凸部（部分Ａ）から、上記“ｄ１”と同じ距離だけ離れた位置における、第１導電性膜２１ａの第２導電性膜２１ｂ側の端部（部分Ｃ）と該端部（部分Ｃ）と対向する第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部（部分Ｄ）との最短距離が“ｄ２”で定義される。より詳細に記すと、基板１の表面に実質的に平行な平面内であって且つ間隙８の外縁を形成する第１導電性膜２１ａの端部に沿って、ｄ１と同じ距離だけ離れた位置における、第１導電性膜２１ａの第２導電性膜２１ｂ側の端部（部分Ｃ）と該端部（部分Ｃ）と対向する第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部（部分Ｄ）との最短距離が“ｄ２”で定義される。

尚、ｄ１は十分に小さい（１０ｎｍ以下である）。そのため、上記“ｄ１”を規定する部分Ａと部分Ｂとの対向方向に対して垂直な方向に、上記“ｄ１”と同じ距離だけ離れた位置の第１導電性膜２１ａの第２導電性膜２１ｂ側の端部（部分Ｃ）と、該端部（部分Ｃ）と対向する第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部（部分Ｄ）との最短距離として、上述した“ｄ２”を定義することもできる。より詳細に記すと、基板１の表面に実質的に平行な平面内であって且つ上記ｄ１を規定する部分Ａと部分Ｂとの対向方向に対して垂直な方向に、ｄ１と同じ距離だけ離れた位置の第１導電性膜２１ａの第２導電性膜２１ｂ側の端部（部分Ｃ）と、該端部（部分Ｃ）と対向する第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部（部分Ｄ）との最短距離として、上述した“ｄ２”を定義することもできる（図３０（ｂ）参照）。

尚、“ｄ２”は、“ｄ１”の値にもよるが、１０ｎｍ以下になる場合もある。しかしながら、この“ｄ２”を定義する、第１導電性膜２１ａの端部（部分Ｃ）は、上記した凸部（部分Ａ）に相当することはない。つまり、この部分Ｃを上記凸部（部分Ａ）であると仮定した場合、この部分Ｃから“ｄ２”の範囲内には、上記した部分Ａが存在することになり、この部分Ａから第２導電性膜２１ｂまでの距離は、ｄ２よりも短くなるからである。そのため、本発明において、部分Ａと定義されるためには、部分Ａから距離ｄ１の範囲内には、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔がｄ１よりも小さい部分が存在しないことになる。

また、本発明の電子放出素子においては、前述したように、部分Ａが多数存在することが好ましい。その場合、部分Ａの基板１表面からの距離（基板１表面からの高さ）は、互いに異なっていても良い。しかしながら、電子放出特性の安定性の観点から、多数存在する部分Ａ同士の基板１表面からの距離の差は、実効的には、ｄ１の範囲内に収まっていることが好ましい。そして、また、部分Ａは、好ましくは、基板１表面に対して垂直な方向において並んで配置されることがない。つまり、第１導電性膜２１ａの膜厚方向に、複数の部分Ａが並ばないことが好ましい。

導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の膜厚は、１μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、更に好ましくは２００ｎｍ以下の非常に薄い膜である。そのため、垂直な方向に部分Ａが多数並ぶと電子放出特性の経時的な変動に繋がる場合があるので、垂直な方向に部分Ａを並ばせないことが好ましい。

本発明において、ｄ１は１０ｎｍ以下であって、且つ、上記ｄ１とｄ２との比（ｄ２／ｄ１）が１．２以上に設定される。この条件であると、高い放出電流Ｉｅおよび電子放出効率が得られる。

尚、図３０（ａ）、（ｂ）では、第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部が直線状である形態を示した。しかしながら、本発明においては、図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部が凹凸状（非直線状）であってもよい。このような形態においては、第２導電性膜２１ｂの第１導電性膜２１ａ側の端部における凸部が前述した部分Ｂに相当するように配置することが、電子放出効率を向上させる上で特に好ましい。尚、図３１（ａ）は図３０（ａ）の説明に対応し、図３１（ｂ）は図３０（ｂ）の説明に対応する。

また、図３０（ａ）、図３０（ｂ）、図３１（ａ）、図３１（ｂ）に示した形態においては、巨視的に見て、間隙（又は間隔）８は、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが対向する方向に対して垂直な方向に延在する形態を示した。しかしながら、間隙８は、後述するように、巨視的に見て、非直線状（典型的には蛇行状）の形態であってもよい。非直線状であれば、第１導電性膜２１ａの第２導電性膜２１ｂ側の端部に多数の凸部（部分Ａ）を配置することができる。その結果、電子放出量の経時的な変化を一層抑制することができるので好ましい。

また、部分Ａ（凸部）同士の間隔ｄ３は、３ｄ１以上２０００ｄ１以下に設定されることが好ましい。また、放出電流Ｉｅの増加、及び／或は、電子放出量の揺らぎの抑制の観点から、間隔ｄ３は、等間隔で設定されることがさらに好ましい。

電子放出素子を高精細なディスプレイに用いる場合においては、１つの電子放出素子に許容される面積が小さくなる。そのため、１つの電子放出素子において、部分Ａの数が大きい電子放出素子と比べて部分Ａ（凸部）が少ない電子放出素子では、放出電流（Ｉｅ）の変動が大きくなる傾向がある。その結果、ディスプレイの表示画像の輝度などに代表される均一性が悪くなってしまう。実用的な範囲として、部分Ａ（凸部）同士の間隔ｄ３は、２０００ｄ１以下、さらに好ましくは５００ｄ１以下に設定される。この範囲であれば、放出電流Ｉｅの変動を小さくすることができる。但し、部分Ａ（凸部）同士の間隔ｄ３は、前述したように一定であることが好ましいが、ある程度の分布を持っていてもよい。

次に、上記した本発明の電子放出素子の変形例を、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の電子放出素子の変形例の一例を模式的に示した平面図及び間隙８近傍の拡大図である。この変形例と、図３０、図３１に示した形態との差は、（１）間隙８が非直線形状であり、第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂの各々の端部の形状の鋭角性（直線性）が低くなっていること、（２）第１導電性膜２１ａには第１電極４ａが接続され、さらに、第１電極４ａは第１補助電極２に接続されており、同様に、第２導電性膜２１ｂには第２電極４ｂが接続され、さらに、第２電極４ｂは第２補助電極３に接続されていること、である。上記（１）および（２）以外の点については、基本的に、図３０及び図３１で既に説明した形態の電子放出素子と同じである。

上記（１）のような形態であると、仮に凸部（部分Ａ）を等ピッチに配置した場合、間隙８が直線状である場合に比べて凸部（部分Ａ）を多数備えることができるので、電子放出特性をより安定にすることができると考えられる。また、上記（２）のような形態であると、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の間に安定に電圧を印加することができる。

尚、ここで示す形態では、第１および第２補助電極（２、３）と、第１および第２電極（４ａ、４ｂ）を用いている。しかしながら、本発明の電子放出素子においては、図３０、図３１を用いて説明した形態にあるように、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが少なくともあればよい。即ち、本発明の電子放出素子においては、補助電極（２、３）及び電極（４ａ、４ｂ）は必須の構成要件ではない。

但し、本発明の電子放出素子を駆動するための電源と、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）とを安定に接続するためには、補助電極（２、３）および／または電極（４ａ、４ｂ）を用いることが好ましい。そして、電源の端子を電極（４ａ、４ｂ）、または、補助電極（２、３）に接続することで、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の間に安定に電圧を印加することができる。従って、補助電極（２、３）および／または電極（４ａ、４ｂ）は、図３０、図３１を用いて説明した形態の電子放出素子においても好ましく適用することができる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の間隙８近傍を模式的に拡大した図である。図１（ｂ）における、Ａ、Ｂ、ｄ１、ｄ２、ｄ３については、図３０、図３１を用いて既に説明したとおりである。

また、図１（ｃ）は、部分Ａと部分Ｂとの間の断面模式図である。尚、ここでは、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の表面が基板１の表面と平行に示しているが、後述する図２（ｃ）に示すように、必ずしもその表面が基板表面に平行である必要はない。

図３０、図３１を用いて説明した例を含め、本発明の電子放出素子においては、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間（間隙８）において、基板１表面に凹部２２を有することが好ましい。

このように凹部２２を備えることで、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる、放出電流Ｉｅに寄与しない無効な電流を抑制することができると考えられる。また、本発明の電子放出素子においては、図１（ｃ）に示す様に、基板１表面における、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔よりも、基板１表面から離れた位置における、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が狭くなっている構成であることが好ましい。この様な構成を採用することで、部分Ａから部分Ｂまでの沿面距離を伸ばすことができ、結果、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる無効な電流をさらに抑制することができると考えられる。また、導電性膜２１ａの表面に近い部分（基板１表面から離れた位置）から電子を放出することができ、電子放出電流Ｉｅを増加させることができると考えられる。

上記本発明の電子放出素子を駆動する際には、例えば図３に概略構成図を示すように、アノード電極４４に対向して配置され、真空中で駆動される。このように電子放出素子の上方に距離Ｈ［ｍ］離れてアノード電極を配置することにより、電子放出装置が構成される。そして、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に、第２導電性膜２１ｂの電位の方が高くなるように、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加する。それと同時に、アノード電極４４の電位が第１および第２導電性膜の電位よりも（典型的には第１導電性膜２１ａの電位より）高くなるように、アノード電極４４と第１導電性膜２１ａとの間に電圧Ｖａ［Ｖ］を印加する。このようにすることで、第１導電性膜２１ａの端部と第２導電性膜２１ｂの端部との間（間隙８）に電界が発生する。発生する電界強度を、電子のトンネリングに十分な電界強度に設定することで、第２導電性膜２１ｂの端部により近く配置された第１導電性膜２１ａの端部（図１の部分Ａ）から優先的に電子がトンネルすると考えられる。そして、トンネルした電子の多くは部分Ｂ近傍で散乱し、そして散乱した電子の少なくとも一部がアノード電極４４に到達すると考えられる。尚、トンネルした電子のうち、アノード電極４４に到達しない電子は、そのほとんどが第２導電性膜２１ｂに吸収され第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間を流れる無効電流（素子電流Ｉｆ）となると考えられる。

ここで、本発明の電子放出素子の駆動時（電子放出時）に用いられる電界強度（第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加される電界強度）は、実効的には、１×１０^９Ｖ／ｍ以上２×１０^１０Ｖ／ｍ未満である。これより小さい電界強度では、トンネルする電子が著しく少なくなり、これより大きい電界強度では、第１導電性膜２１ａおよび／または第２導電性膜２１ｂが強電界によって変形してしまい安定な電子放出が得られない場合が多い。

上述したようにｄ２／ｄ１を１．２以上に設定することで、本発明の電子放出素子は、第２導電性膜２１ｂに吸収される電子を減らすことができる。その結果、電子放出効率（アノードに到達する電流／第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる電流）を向上させることができる。この理由としては、部分Ａから部分Ｂに向けてトンネルした電子（部分Ｂ近傍で散乱される電子を含む）が、ｄ２／ｄ１が１．２以上に設定することで形成される電界によって、基板１の表面から離れる方向（アノードに向かう方向）の力を強く受けることが挙げられる。

また、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した電子放出素子の変形例について、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて以下に説明する。図２（ａ）は図１（ａ）と同様に平面模式図であり、図２（ｂ）は図１（ｂ）と同様に間隙８近傍の拡大平面模式図である。また、図２（ｃ）は、図１（ｃ）と同様に、部分Ａと部分Ｂを通る断面模式図である。図２（ｄ）は図２（ｂ）におけるＰ−Ｐ’を通る（第２導電性膜２１ｂの基板１表面に垂直な方向の凸部と該凸部に対向する第１導電性膜２１ａの端部とを通る）断面模式図である。

ここで示す形態の電子放出素子では、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した電子放出素子の形態に加えて、更に、基板１の表面に対して垂直方向の凸部（部分３５、部分３６）を第２導電性膜２１ｂがその一部に備えている。それ以外の点については、基本的に、図１（ａ）〜（ｃ）で説明した形態の電子放出素子と同じである。

このような形態とすることで、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した電子放出素子に比べて、更に、電子放出効率を向上することができる。尚、凸部（部分３５、部分３６）は第２導電性膜２１ｂの一部であるので、凸部を構成する材料が凸部以外を構成する材料と異なる必要はない。

部分Ｂにおける、第２導電性膜２１ｂの膜厚は、第２導電性膜２１ｂの部分３５および部分３６における膜厚未満に設定される（図２（ｃ）、図２（ｄ）参照）。このため、第２導電性膜２１ｂの部分３５および部分３６は、第２導電性膜２１ｂのその他の部分（典型的には部分Ｂ）に比べて、基板１の表面から離れているので、「突起部」と呼ぶこともできる。

従って、第２導電性膜２１ｂの部分３５および部分３６のそれぞれの表面の基板１表面からの高さと、部分Ｂの表面の基板１表面からの高さとの間には、差分“ｈ”（「突起部の高さ“ｈ”」と呼ぶ事もできる）が存在する。

そして、また、第２導電性膜２１ｂには、少なくとも２つの「突起部」が存在し、この２つの「突起部」間の間隔“ｗ”が存在する。この間隔ｗは、実効的には、各々の「突起部」の最も基板１表面から離れた位置（頂部）同士の間隔として定義することができる。そして、上記「突起部」の間隔ｗは、実効的には、２ｄ１以上５０ｄ１以下に設定されることが好ましい。この範囲であると、高い放出電流Ｉｅおよび電子放出効率が得られる。尚、部分３５の頂部の基板１表面からの高さと部分３６の頂部の基板１表面からの高さは互いに異なる場合もある。

また、上記「突起部」の高さｈは、実効的には、一方の「突起部」（典型的には基板１表面からの高さが小さい方の「突起部」）の最も基板１表面から離れた位置（頂部）と基板１表面との距離から、部分Ｂと基板１表面との距離を引いた値として定義することができる。そして、「突起部」の高さｈは、実効的には、２ｄ１以上２００ｄ１以下に設定されることが好ましい。

また、本発明の電子放出素子においては、前述したように、間隙８の外縁の一部を部分Ａと部分Ｂが構成していることになる。また、第２導電性膜２１ｂの部分３５、部分３６もまた、間隙８の外縁を構成していることが電子放出効率を高めるためには好ましい。

また、本発明の電子放出素子においては、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔が周囲に比べてより狭くなっている部分（図２の部分Ａと部分Ｂ）においては、第１導電性膜２１ｂの膜厚（Ｂにおける膜厚）は、第２導電性膜２１ａの膜厚（部分Ａにおける膜厚）以下（好ましくは部分Ａにおける膜厚よりも小さい）に設定されることが好ましい。

このようにすれば、図１（ａ）〜（ｃ）、図３０、図３１を用いて既に説明した電子放出素子の電子放出効率の向上の効果に加え、部分Ａから第１の部分Ｂに向けてトンネルする電子（部分Ｂ近傍で散乱される電子を含む）が、上記「突起部」によって形成される電場（電界）によって、基板１の表面から離れる方向（アノードに向かう方向）の力をさらに強く受けることができる。その結果、第２導電性膜２１ｂに吸収される電子を減らすことができる。その結果、図１（ａ）〜（ｃ）、図３０、図３１を用いて説明した電子放出素子に比べて、電子放出効率（アノードに到達する電流（Ｉｅ）／第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に流れる電流（Ｉｆ））を飛躍的に向上させることができる。

なお、図３０、図３１、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｄ）では、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂは、基板１表面に平行な方向において対向し、間隙８を境にして完全に分離された状態が示されている。しかしながら、本発明の電子放出素子においては、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとが、その一部でつながっている場合もある。つまり、１つの導電性膜の一部に間隙８が形成されていると言うこともできるような形態であっても良い。即ち、完全に分離されていることが理想ではあるが、微少な領域で、前記第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂ同士が繋がっていても、充分な電子放出特性を得ることができれば良い。

導電性膜（２１ａ、２１ｂ）の材料としては、金属や半導体などの導電性材料を用いることができる。例えば、Ｎｉ、Ａｕ、ＰｄＯ、Ｐｄ、Ｐｔ、炭素から選択することができる。特には、高い電子放出量、経時的な安定性などの観点から炭素を含む膜であることが好ましい。さらには、実用的には炭素を主成分とする膜（具体的には、炭素を７０ａｔｍ％以上含む膜）を用いることが好ましい。このように炭素を含む膜で導電性膜（２１ａ、２１ｂ）が形成される場合には、導電性膜（２１ａ、２１ｂ）は、カーボン膜と呼ぶことができる。

次に、本発明の電子放出素子の製造方法について説明する。

製造方法としては様々な方法が考えられるが、例えば以下の工程（１）〜工程（５）によって本発明の電子放出素子を形成することができる。勿論、本発明の電子放出素子は、下記製造方法により製造されるものに限定されるものではない。

その一例を図４〜図９を用いて説明する。以下で示す例においては、前述の第１導電性膜２１ａおよび第２導電性膜２１ｂのそれぞれを第１のカーボン膜２１ａおよび第２のカーボン膜２１ｂで構成した場合を示す。また、以下では、第１のカーボン膜２１ａを第１電極４ａに接続し、第１電極４ａを第１補助電極２に接続している。同様に、第２のカーボン膜２１ｂを第２電極４ｂに接続し、第２電極４ｂを第２補助電極３を接続している。

（工程１）
基板１を十分に洗浄後、補助電極（２，３）を形成するための材料を、真空蒸着法、スパッタ法等により堆積後、フォトリソグラフィー技術などを用いることにより、第１補助電極２および第２補助電極３を形成する（図４（ａ））。

基板１としては、石英ガラス、青板ガラス、ガラス基板にスパッタ法等公知の成膜方法により形成した酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ_２）を積層したガラス基板、あるいは、アルカリ成分を減らしたガラス基板を用いることができる。この様に、本発明では、基板として、酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ_２）を含んだ材料が望ましい。

補助電極２、３の間隔Ｌ、長さＷ（図１参照）、厚みｔ１および形状は、電子放出素子の応用形態等によって適宜設計される。例えば、後述するテレビジョン等の画像表示装置に用いる場合では、解像度に対応して設計される。とりわけ、高品位（ＨＤ）テレビでは画素サイズが小さく高精細さが要求される。そのため、電子放出素子のサイズが限定されたなかで、十分な輝度を得るためには、十分な放出電流Ｉｅが得られるように設計される。補助電極２、３の間隔Ｌは、実用的には５μｍ以上１００μｍ以下である。補助電極２、３の膜厚ｔ１は、実用的には５ｎｍ以上１０μｍ以下である。

（工程２）
基板１上に設けられた第１補助電極２と第２補助電極３との間を接続する導電性薄膜４を形成する（図４（ｂ））。導電性薄膜４の製造方法としては、例えば、有機金属溶液を塗布して乾燥することにより、有機金属膜を形成した後に、有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングする方法を採用とすることができる。

導電性薄膜４の材料としては材料としては、金属や半導体などの導電性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等の金属或は合金およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ_２、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物、及び該金属または金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２等の透明導電体、ポリシリコン等の半導体等を用いることができる。

なお、有機金属溶液とは、前記導電性膜材料のＰｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。なお、ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明したが、導電性薄膜４の形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法、インクジェット法等によって形成することも出来る。

次の工程において「フォーミング」処理を行う場合においては、導電性薄膜４は、Ｒｓ（シート抵抗）が１０^２Ω／□以上１０^７Ω／□以下の抵抗値の範囲で形成されることが好ましい。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現われる値で、抵抗率をρとすればＲｓ＝ρ／ｔである。上記抵抗値を示す膜厚としては、具体的には５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にある。また、導電性薄膜４の幅Ｗ’（図１参照）は好ましくは補助電極の幅Ｗよりも小さく設定される。

（工程３）
つづいて、「フォーミング」と呼ばれる処理を、補助電極２、３間に電圧を印加することにより行う。電圧の印加により、導電性薄膜４の一部に第二の間隙７が形成される。その結果、間隙７を挟んで、基板１表面に対して横方向に、第１電極４ａと第２電極４ｂとを対向して配置することができる。（図４（ｃ））。

「フォーミング」処理以降の電気的処理は、例えば、前述した図３に示す測定評価装置内に前記基板１を配置することで行うことができる。なお、図３に示した測定評価装置は真空装置であり、該真空装置には不図示の排気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で種々の測定評価を行えるようになっている。なお、排気ポンプは、オイルを使用しない、磁気浮上ターボポンプ、ドライポンプ等の高真空装置系と更に、イオンポンプからなる超高真空装置系から構成することができる。また、本測定評価装置には、不図示のガス導入装置を付設することで、所望の有機物質の蒸気を所望の圧力で真空装置内に導入することができる。また、真空装置全体、及び真空装置内に配置された基板１は、不図示のヒーターにより加熱することができる。

「フォーミング」処理は、パルス波高値が定電圧（一定）であるパルス電圧を繰り返し印加することによって行うこともできるし、パルス波高値を徐々に増加させながら、パルス電圧を印加することによって行うこともできる。

パルス波高値が一定である場合のパルス波形の例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔（休止時間）であり、Ｔ１は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとすることができる。印加するパルス波形自体は、三角波や矩形波を用いることができる。

次に、パルス波高値を増加させながら、パルス電圧を印加する場合のパルス波形の例を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔（休止時間）であり、Ｔ１は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとすることができる。印加するパルス波形自体は、三角波や矩形波を用いることができる。印加するパルス電圧の波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ、増加させる。

以上説明した例においては、間隙７を形成する際に、補助電極２、３間に三角波パルスを印加して「フォーミング」処理を行っている。しかしながら、補助電極２，３間に印加する波形は三角波に限定することはなく、矩形波など所望の波形を用いてもよい。また、その波高値及びパルス幅、パルス間隔等についても上述の値に限ることない。間隙７が良好に形成されるように、電子放出素子の抵抗値等にあわせて、適当な値を選択することができる。

尚、ここでは、第１電極４ａと第２電極４ｂの形成を、導電性薄膜４に「フォーミング」処理を施して行う方法を示した。しかしながら、本発明においては、フォトリソグラフィー法などの公知のパターニング方法を用いて第１電極４ａと第２電極４ｂを形成することもできる。また、後述する「活性化工程」を用いて第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとを形成する場合には、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間隔が狭いことが好ましいため、前述した「フォーミング」処理を採用することが好ましい。しかしながら、導電性薄膜４にＦＩＢ（集束イオンビーム）を照射することで導電性薄膜４に間隙７を形成する手法や、電子ビームリソグラフィー法などを用いて、間隔の狭い第１電極４ａと第２電極４ｂとを形成することもできる。また、第１補助電極２と第２補助電極３との間隔Ｌを、前述した様々な手法により、狭く形成することができれば、第１電極４ａと第２電極４ｂは必ずしも必要としない。しかしながら、低コストに本発明の電子放出素子を作成するためには、後述する「活性化」処理によって形成するカーボン膜に電位を安定に供給するための電極としての前述の補助電極２、３と、「活性化工程」の初期におけるカーボン膜の堆積を安定に、そして、早く行うための電極としての第１電極４ａおよび第２電極４ｂとを用いることが好ましい。

（工程４）
次に、「活性化」処理を施す（図４（ｄ））。「活性化」処理は、例えば、図３に示したような真空装置内に炭素含有ガスを導入し、炭素含有ガスを含む雰囲気下で、補助電極２，３間に両極性の電圧を印加することで行うことができる。この処理により、雰囲気中に存在する炭素含有ガスから、炭素を含む膜（カーボン膜）からなる導電性膜（２１ａ、２１ｂ）を第１電極４ａと第２電極４ｂとの間の基板１上およびその近傍の第１電極４ａおよび第２電極４ｂ上に堆積させることができる。

上記炭素含有ガスとしては有機物質ガスを用いることができる。有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎ Ｈ２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎ Ｈ２ｎ等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。

また、前述した炭素含有ガスは、真空装置内を一度１０^―６Ｐａ台の圧力に減圧した後に、真空装置内に導入する事が好ましい。このときの好ましい炭素含有ガスの分圧は、電子放出素子の形態、真空容器の形状や、用いる炭素含有ガスの種類などにより異なるため、適宜設定される。

上記「活性化」処理中に補助電極２，３間に印加する電圧波形としては、例えば図８（ａ）あるいは図８（ｂ）に示したパルス波形を用いることもできる。印加する最大電圧値は、１０〜２５Ｖの範囲で適宜選択することが好ましい。図８（ａ）中、Ｔ１は、印加するパルス電圧のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔である。この例では、電圧値は正負の絶対値が等しい場合を示しているが、電圧値は正負の絶対値が異なる場合もある。また、図８（ｂ）中、Ｔ１は正の電圧値のパルス電圧のパルス幅であり、Ｔ１’は負の電圧値のパルス電圧のパルス幅である。Ｔ２はパルス間隔である。尚、この例においては、Ｔ１＞Ｔ１’に設定し、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている場合を示しているが、電圧値は正負の絶対値が異なる場合もある。

図９に「活性化」処理中における素子電流プロファイルを示す。「活性化」処理は、素子電流の上昇が緩やかになる領域（図９中の点線から右側の領域）に入った後に終了することが好ましい。

なお、「活性化」処理中に、図８（ａ）に示したような波形の電圧を補助電極２，３間に印加することで、図１（ｃ）、図２（ｃ）に示したような第１カーボン膜２１ａの膜厚と第２カーボン膜２１ｂの膜厚がほぼ等しい形状を形成することができる。このように形成したカーボン膜は、図１に示した形態の電子放出素子の形成に好ましく適用することができる。

一方、「活性化」処理中に、図８（ｂ）に示した様な波形の電圧を補助電極２，３間に印加することで、図２（ｄ）、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、間隙８の外縁を構成する第２カーボン膜２１ｂの端部の膜厚が、間隙８の外縁を構成する第１カーボン膜２１ａの端部の膜厚よりも厚くなる、非対称の構造を作ることができる。尚、図６（ｂ）は図６（ａ）の部分Ａと部分Ｂとを通る断面における模式図である。また、図２（ｄ）、図６（ａ）、図６（ｂ）では、理解を容易にするために、第２カーボン膜２１ｂの端部のうち、第１カーボン膜２１ａの端部よりも厚い部分と、それ以外の部分とを区別できるように示しているが、実際には、材料や構造上の違いを示すものではない。このように形成したカーボン膜は、図２に示した形態の電子放出素子の形成に好ましく用いることができる。

また、図８（ａ）、（ｂ）に示したどちらの波形を用いても、例えば、図９中の点線から右側の領域であって、点線から十分に離れた領域まで「活性化」処理を行うことで、基板変質部（凹部）２２を形成することができる。また、図９中の点線から右側の領域まで「活性化」処理を行うことで、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示す様に、第１カーボン膜２１ａの端部と第２カーボン膜２１ｂの端部との距離が、基板１表面における距離よりも、基板１表面から上方に離れた位置における距離の方が狭くなる構成とすることができる。また、基板変質部（凹部）２２については、次のように考えている。

炭素の近くにＳｉＯ_２（基板の材料）が存在する条件下で基板の温度が上昇すると、Ｓｉが消費される。
ＳｉＯ_２＋Ｃ→ＳｉＯ↑＋ＣＯ↑
この様な反応が起こることによって基板中のＳｉが消費され、基板表面が削れた形状（凹部）が形成されるのではないかと考える。

基板変質部（凹部）２２を有すると、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの沿面距離を増やすことができる。そのため、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間に駆動時に印加される強電界に起因するとみられる放電現象や、過剰な素子電流Ｉｆの発生を抑制することができる。

本発明における炭素を含む膜である、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂの炭素について説明する。カーボン膜（２１ａ、２１ｂ）に含まれる炭素は、グラファイト状炭素であることが好ましい。本発明におけるグラファイト状炭素とは、完全なグラファイトの結晶構造を有するもの（いわゆるＨＯＰＧ）、結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの（ＰＧ）、結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったもの（ＧＣ）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及び／あるいはアモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物を指す）を包含する。すなわち、グラファイト粒子間の粒界などの層の乱れが存在していても好ましく用いることができる。

（工程５）
次に、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂの形状を図１や図２に示した形状にするための、加工処理を施す。

具体的には、例えば、図１０（ａ）、（ｂ）や図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようなＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いる方法により、カーボン膜の形状を図１や図２に示した形状にすることができる。ここでは、第１カーボン膜２１ａ、第２カーボン膜２１ｂの形状を変える加工処理方法としてＡＦＭを用いているが、加工処理方法は、ＡＦＭを用いた手法に限定されるものではない。

上記ＡＦＭを用いる加工処理は、例えば以下のように行うことができる。

まず、図１に示した形態の電子放出素子を形成する場合について述べる。

前述したように、図１に示した形態の電子放出素子を形成する場合においては、前述した工程４（「活性化」処理）において、図８（ａ）に示した様な、電圧値またはパルス幅が対称な両極性のパルス電圧を繰り返し印加する手法を用いることが好ましい。その結果、第２カーボン膜２１ｂの膜厚を第１カーボン膜２１ａの膜厚とほぼ同じになるように形成することができる。そして、ＡＦＭのプローブを第１カーボン膜２１ａの上に位置合わせを行う（図１０（ａ））。そして、ＡＦＭのプローブを第１カーボン膜２１ａの端部（間隙８の外縁を形成する部分）に接触させてカーボン膜２１ａの端部を削る（図１０（ｂ））。カーボン膜２１ａの端部を削る際には、ＡＦＭのコンタクトモード（接触圧を電圧で制御する）で行うことができる。この手法により、図１の部分Ａ（凸部）を形成することができる。この処理を、間隙８に沿う、第１カーボン膜２１ａの端部（間隙８の外縁を形成するカーボン膜２１ａの端部）の複数箇所に対して、間隔ｄ３を置いて、行う。この様に行うことで、図１（ａ）、（ｂ）に示した構造を備える電子放出素子を作製することができる。

次に、図２に示した形態の電子放出素子を形成する場合について述べる。

前述したように、図２に示した形態の電子放出素子を形成する場合においては、前述した工程４（「活性化」処理）において、図８（ｂ）に示した様な、電圧値またはパルス幅が非対称な両極性のパルス電圧を繰り返し印加する手法を用いることが好ましい。その結果、第２カーボン膜２１ｂの膜厚を第１カーボン膜２１ａの膜厚よりも厚くなるように形成することができる。そして、ＡＦＭのプローブを第１カーボン膜２１ａの上に位置合わせを行う。そして、ＡＦＭのプローブを第１カーボン膜２１ａの端部（間隙８の外縁を形成する部分）に接触させてカーボン膜２１ａの端部を削る（図１１（ａ））。この手法により、図２の部分Ａ（凸部）を形成することができる。その後、ＡＦＭのプローブを第２カーボン膜２１ｂの上に位置合わせを行い、そして、ＡＦＭのプローブを第２カーボン膜２１ｂの端部（間隙８の外縁を形成する部分）に接触させてカーボン膜２１ｂの端部を削る（図１１（ｂ））。この手法により、図２の部分３５、３６（突起部）を部分Ｂ（部分Ａに対向する）を挟んで形成することができる。以上の処理を、間隙８に沿う、第２カーボン膜２１ｂの端部（間隙８の外縁を形成するカーボン膜２１ｂの端部）の複数箇所に対して、間隔ｄ３を置いて行う。この様に行うことで、図２（ａ）、（ｂ）に示した構造を備える電子放出素子を作製することができる（図１１（ｃ））。

また、本発明の電子放出素子の作成方法としては、上記（工程５）で説明した、加工処理を用いずに、図１、図２に示した構造を備える電子放出素子を作製することもできる。以下では、その一例として、電子線を用いて図１や図２に示した電子放出素子を形成する手法（以下「電子線処理」と呼ぶ）を説明する。

（工程１）〜（工程３）においては、前述した工程と同様の方法を実施する。また、（工程４）での活性化処理工程においては、同様の炭素含有ガスを用いることができるが、補助電極２，３間に印加する電圧波形としては、図８（ａ）に示したパルス波形を用いること以外は前述したとおりである。ここで説明する方法では、「活性化」処理において、素子電流Ｉｆの上昇が緩やかになる領域（図９中の点線から右側の領域）に入った後に、炭素含有ガス雰囲気下において、電子線を照射しながら電圧パルスを印加する処理を実施する。

以下にこの方法について図２３を用いて説明する。

電子放出手段４１から放出される電子線は、間隙８内のみに絞る必要はなく、補助電極２，３間に印加する電圧、活性化時の炭素化合物ガスの分圧などを加味し、間隙８を中心として、１μｍ以上の広がりを持たせることが好ましい。しかしながら、あまり広い領域に電子線を照射させると、必要としない領域にまで炭素化合物が堆積する可能性がある。そのため、電子放出手段４１から放出された電子線を、電子線遮蔽手段４２によって遮蔽して広がりを抑えることが好ましい。電子線照射は、好ましくは連続的（ＤＣ的）に照射しつつ、補助電極に印加する電圧をパルス状にすることが好ましい。補助電極２，３間に印加するパルス電圧としては、電子線照射前と同様の図８（ａ）に示した波形かつ電圧値を経時的に制御して行うのが好ましい。電子線を照射する時間は、前記素子電流の上昇が緩やかになる領域（図９中の点線から右側の領域）の電流をほぼ維持する領域内であれば良いが、１０分間から６０分間が好ましい。

以上のような方法を行うことで、図１（ａ）、（ｂ）に示した構造を備える電子放出素子を作製することもできる。

また、図１、図２に示した電子放出素子を、電子線の照射を用いて作製する別の手法の例を以下に図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。なお、ここでは、前記電極４ａ、４ｂを用いない例を示すが、勿論、電極４ａ、４ｂを用いることもできる。

（工程１’）前述した（工程１）と同様の方法で補助電極２、３を基板１上に形成する（図２６（ａ））。

（工程２’）次に、第１補助電極２と第２補助電極３との間に、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとを、電子線の照射を用いて所望の形状に形成する（図２６（ｂ）、（ｃ））。

カーボン膜（２１ａ、２１ｂ）の形成工程は、例えば、前述した図３に示す測定評価装置内に前記基板１を配置した状態で行うことができる。尚、装置内には、図２６（ｂ）で示す電子放出手段４１と電子線の遮蔽および偏向を行う手段４２が設けられる。そして、炭素含有ガスを装置内に導入した状態で、電子放出手段４１から電子線を所望の位置に照射することによって、所望の形状をしたカーボン膜（２１ａ、２１ｂ）を堆積させることができる。

炭素含有ガスとしては、前述した（工程４）で説明した炭素含有ガスと同様のガスを用いることができる。カーボン膜（２１ａ、２１ｂ）形成時においては、補助電極（２，３）間には電圧を印加せず、両電極（２，３）をグランド電位に設定し、手段４２によって絞られ、偏向された電子線を、第１補助電極２及び第２補助電極３のそれぞれの表面と、補助電極（２、３）間の基板１の表面に照射することで、図１や図２で示した形状のカーボン膜（２１ａ、２１ｂ）を堆積させることができる（図２６（ｂ）、図２６（ｃ））。

カーボン膜（２１ａ、２１ｂ）が堆積する理由としては、雰囲気中に存在する炭素含有ガス、もしくは、電極（２，３）上および基板１上に炭素含有ガスが吸着などすること等で付着した炭素含有物が、電子線に照射されることによって分解し、カーボンが堆積するためと考えている。

電子線の加速電圧は、１ｋＶから２０ｋＶ程度に設定されることが好ましい。電子線は、好ましくは連続的（ＤＣ的）に照射することが好ましい。また、電子線の電流値としては、０．１μＡ〜１００μＡの範囲であることが好ましい。

以上の工程により本発明の電子放出素子は作成することができる。

尚、図１、図２などを用いて説明した本発明の電子放出素子を形成する方法は、上記加工処理や電子線照射に限定されるべきものではない。ここで説明した方法を用いずに、例えば、上記した「活性化」における、（Ｉ）炭素含有ガスの種類や、（ＩＩ）炭素含有ガスの分圧や、（ＩＩＩ）印加する電圧波形や、（ＩＶ）炭素含有ガスを排気するタイミングと電圧印加の停止のタイミングとの関係、（Ｖ）「活性化」時の温度、などを適宜制御することで、活性化処理だけで、図１、図２などを用いて説明した構造の電子放出素子を形成することができるかもしれない。そのため、このような「活性化」によって、図１、図２に示した導電性膜（２１ａ、２１ｂ）を形成する方法を本発明は排除するものではない。

以上のように作製された本発明の電子放出素子は、実用的な駆動を行う前（画像表示装置に適用する場合には発光体に電子線を照射する前）に、好ましくは、真空中で加熱する処理である「安定化」処理を行うことで、前述した「活性化」処理などによって基板１表面や、その他の箇所に付着した余分な炭素や有機物を除去することが好ましい。

具体的には、真空容器内で、余分な炭素や有機物質を排気する。真空容器内の有機物質は極力排除することが望ましいが、有機物質の分圧としては１×１０^―８Ｐａ以下まで除去することが好ましい。また、有機物質以外の他のガスをも含めた真空容器内の全圧力は、３×１０^―６Ｐａ以下が好ましく、さらに１×１０^―７Ｐａ以下が特に好ましい。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱することが好ましい。

「安定化」処理を行った後に、電子放出素子を駆動する時の雰囲気は、上記「安定化」処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではない。有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分に安定な特性を維持することができる。

次に、本発明の電子放出素子の基本特性について、図３、図１２を用いて説明する。

図３に示した測定評価装置により測定された、前述した「安定化」処理後の電子放出素子の放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図１２に示す。

なお、図１２は、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、任意単位で示されている。図１２からも明らかなように、本発明の電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する３つの性質を有する。

まず第１に、本発明の電子放出素子は、ある電圧（しきい値電圧と呼ぶ；図１２中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加する。一方で、しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。

第３に、アノード電極４４に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。つまり、アノード電極４４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

以上のような電子放出素子の特性を用いると、入力信号に応じて電子放出特性を容易に制御できることになる。

次に、図１（ｂ）や図２（ｂ）に示した本発明の電子放出素子の間隙８近傍の観察方法を図２２を用いて説明する。

観察方法としては、平面ＳＥＭ、断面ＳＥＭ、断面ＴＥＭ、３Ｄ−ＴＥＭ（トモグラフィー）等を利用できる。本発明の電子放出素子のような微細構造を観察する際には、３Ｄ−ＴＥＭ（トモグラフィー）を用いることが好ましい。

３Ｄ−ＴＥＭ像を得るには、まず、電子放出素子が配置されている表面の裏側から基板１を削る（図２２（ａ））。具体的には、電子放出素子（間隙８近傍）の直下の基板１の厚みが１００ｎｍ以下になるまで加工する。次に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、透過角度を変えながら、様々な角度から間隙８近傍のＴＥＭ像観察を行う（図２２（ｂ））。尚、この時、必要に応じて、間隙近傍を保護膜（例えば金を電子放出素子全体に蒸着することで形成できる）で覆うことが好ましい。その後、撮影した複数のＴＥＭ像を３次元画像に構築することで、３Ｄ−ＴＥＭ（トモグラフィー）像を得ることができる。このような３Ｄ−ＴＥＭを用いれば、１０ｎｍ以下の間隙８の構造を３次元的に詳細に観察することができる。

次に、本発明の電子放出素子の応用例について以下に述べる。

本発明の電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源あるいは、フラットパネル型テレビジョンなどの画像表示装置を構成できる。

基板上の電子放出素子の配列形態としては、例えば、ｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線を用意し、本発明の電子放出素子の第１導電性膜２１ａ（典型的には第１補助電極２）をｍ本のＸ方向配線のうちの１本に接続し、第２導電性膜２１ｂ（典型的には補助電極３をｎ本のＹ方向配線のうちの１本に電気的に接続する配列形態（「マトリクス型配列」と呼ぶ）が挙げられる（尚、ｍ、ｎは、共に正の整数）。

次に、このマトリクス型配列について詳述する。

本発明の電子放出素子の前述した３つの基本的特性の特徴によれば、放出電子は、しきい値電圧以上では、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、しきい値電圧以下では、実質的に電子は放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合でも、個々の電子放出素子に、上記パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、選択した電子放出素子からの電子放出量を制御することができる。

以下、この原理に基づき構成した、マトリクス型配列の電子源基板の構成について、図１３を用いて説明する。

ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，・・・・・・，Ｄｘｍからなり、絶縁性基板７１上に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成される。Ｘ方向配線７２は、金属等の導電性材料からなる。ｎ本のＹ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，・・・，Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様の手法、同様の材料により形成することができる。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との間には、不図示の絶縁層が配置される。絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成することができる。

また、前記Ｘ方向配線７２には、走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が電気的に接続される。一方、Ｙ方向配線７３には、走査信号に同期して、選択された各電子放出素子から放出される電子を変調するための変調信号を印加する不図示の変調信号発生手段が電気的に接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧Ｖｆは、印加される走査信号と変調信号との差電圧として供給される。

次に、上記のようなマトリクス配列の電子源基板を用いた電子源、及び、画像表示装置の一例について、図１４と図１５を用いて説明する。図１４は画像表示装置を構成する外囲器（ディスプレイパネル）８８の基本構成図であり、図１５は蛍光体膜の構成を示す模式図である。

図１４において、７１は本発明の電子放出素子７４を複数配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリアプレート、８６はガラスなどの透明基板８３の内面に蛍光体膜８４と導電性膜８５等が形成されたフェースプレートである。８２は支持枠である。リアプレート８１、支持枠８２及びフェースプレート８６は、接合部にフリットガラスやインジウムなどの接着剤を塗布し加熱することにより封着されている。この封着された構造体で外囲器８８が構成される。尚、上記導電性膜８５は、図３を用いて説明したアノード電極４４に対応する部材である。

外囲器８８は、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成することができる。しかし、リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する目的で設けられる。そのため、基板７１自体が十分な強度を持つ場合は、リアプレート８１は不要である。その場合は、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８８を構成することができる。

また、フェースプレート８６と基板７１との間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器８８を構成することができる。

図１５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図１４で示した蛍光体膜８４の具体的な構成の例である。蛍光体膜８４は、モノクロームの場合は単色の蛍光体９２のみから成る。しかし、カラーの画像表示装置を構成する場合には、蛍光体膜８４は、ＲＧＢ３原色の蛍光体９２と、各色の間に配置される光吸収部材９１とを含む。光吸収部材９１は好ましくは、黒色の部材を用いることができる。図１５（ａ）は、光吸収部材９１をストライプ状に配列した形態である。図１５（ｂ）は、光吸収部材９１をマトリクス状に配列した形態である。一般に、図１５（ａ）の形態は「ブラックストライプ」と呼ばれ、図１５（ｂ）の形態は「ブラックマトリクス」と呼ばれる。光吸収部材９１を設ける目的は、カラー表示の場合必要となる３原色蛍光体の各蛍光体９２間の塗り分け部における混色等を目立たなくすることと、蛍光体膜８４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することにある。光吸収部材９１の材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、光の透過及び反射が少ない材料であればこれに限るものではない。また、導電性であっても絶縁性であっても良い。

また、蛍光体膜８４の内面側（電子放出素子７４側）には、「メタルバック」などと呼ばれる導電性膜８５が設けられる。導電性膜８５の目的は、蛍光体９２からの発光のうち、電子放出素子７４側へ向かう光をフェースプレート８６側へ鏡面反射することで輝度を向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させること、外囲器８８内で発生した負イオンの衝突による蛍光体のダメージを抑制すること等である。

導電性膜８５は、好ましくは、アルミニウム膜で形成される。導電性膜８５は、蛍光体膜８４作製後、蛍光体膜８４の表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」と呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等で堆積することで作製できる。

フェースプレート８６には、更に蛍光体膜８４の導電性を高めるため、蛍光体膜８４と透明基板８３との間にＩＴＯなどからなる透明電極（不図示）を設けてもよい。

上記外囲器８８内の各電子放出素子７４には、各電子放出素子に接続する図１３を用いて前述したＸ方向配線およびＹ方向配線に接続する端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて電圧を印加することにより、所望の電子放出素子から電子放出させることができる。この時、高圧端子８７を通じ、導電性膜８５に５ｋＶ以上３０ｋＶ以下、好ましくは１０ｋＶ以上２５ｋＶ以下の電圧を印加する。尚、フェースプレート８６と基板７１との間隔は１ｍｍ以上５ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。この様にする事で、選択した電子放出素子から放出された電子は、導電性膜８５を透過し、蛍光体膜８４に衝突する。そして蛍光体９２を励起・発光させることで画像を表示するものである。

なお、以上述べた構成においては、各部材の材料等、詳細な部分は上記した内容に限られるものではなく、目的に応じて適宜変更される。

また、図１４を用いて説明した本発明の外囲器（ディスプレイパネル）８８を用いて情報表示再生装置を構成することができる。

具体的には、テレビジョン放送などの放送信号を受信する受信装置と、受信した信号を選曲するチューナーと、選曲した信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを、ディスプレイパネル８８に出力してスクリーンに表示および／あるいは再生させる。尚、ここで言う「スクリーン」は、図１４で示したディスプレイパネル８８においては、蛍光体膜８４に相当すると言うことができる。この構成によりテレビジョンなどの情報表示再生装置を構成することができる。勿論、放送信号がエンコードされている場合には、本発明の情報表示再生装置はデコーダーも含むことができる。また、音声信号については、別途設けたスピーカーなどの音声再生手段に出力して、ディスプレイパネル８８に表示される映像情報や文字情報と同期させて再生する。

また、映像情報または文字情報をディスプレイパネル８８に出力してスクリーンに表示および／あるいは再生させる方法としては、例えば以下のように行うことができる。まず、受信した映像情報や文字情報から、ディスプレイパネル８８の各画素に対応した画像信号を生成する。そして生成した画像信号を、ディスプレイパネル８８の駆動回路に入力する。そして、駆動回路に入力された画像信号に基づいて、駆動回路からディスプレイパネル８８内の各電子放出素子に印加する電圧を制御して、画像を表示する。

図３２は、本発明に係るテレビジョン装置のブロック図である。受信回路は、チューナーやデコーダ等からなり、衛星放送や地上波等のテレビ信号、ネットワークを介したデータ放送等を受信し、復号化した映像データをＩ／Ｆ部（インターフェース部）に出力する。Ｉ／Ｆ部は、映像データを表示装置の表示フォーマットに変換して上記ディスプレイパネル８８に画像データを出力する。画像表示装置は、ディスプレイパネル８８、駆動回路及び制御回路を含む。制御回路は、入力した画像データに表示パネルに適した補正処理等の画像処理を施すともに、駆動回路に画像データ及び各種制御信号を出力する。駆動回路は、入力された画像データに基づいて、ディスプレイパネル８８の各配線（図１４のＤｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ参照）に駆動信号を出力し、テレビ映像が表示される。受信回路とＩ／Ｆ部は、セットトップボックス（ＳＴＢ）として画像表示装置とは別の筐体に収められていてもよいし、また画像表示装置と同一の筐体に収められていてもよい。

また、インターフェースには、プリンター、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などの画像記録装置や画像出力装置に接続することができる構成とすることもできる。そして、このようにすれば、画像記録装置に記録された画像をディスプレイパネル８８に表示させることもできるし、また、ディスプレイパネル８８に表示させた画像を、必要に応じて加工し、画像出力装置に出力させることもできる情報表示再生装置（またはテレビジョン）を構成することができる。

ここで述べた情報表示再生装置の構成は、一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。また、本発明の情報表示再生装置は、テレビ会議システムやコンピュータ等のシステムと接続することで、様々な情報表示再生装置を構成することができる。

以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述する。

（実施例１）
本実施例にかかわる基本的な電子放出素子の構成は、図１と同様である。以下、図１、図３、図４を用いて、本実施例にかかわる素子の基本的な構成及び製造方法を説明する。

（工程−ａ）
最初に、清浄化した石英基板１上に、補助電極２、３のパターンに対応してホトレジストを形成する。次いで、電子ビーム蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉと厚さ４５ｎｍのＰｔを順次堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフして、２０μｍの間隔Ｌを隔てて対向する第１補助電極２と第２補助電極３を形成した。尚、補助電極２，３の幅Ｗ（図１参照）は５００μｍとした（図４（ａ））。

（工程−ｂ）
第１補助電極２と第２補助電極３とをつなぐように有機パラジウム化合物溶液をスピンナーにより回転塗布した後に、加熱焼成処理をした。こうしてＰｄを主元素として含む導電性薄膜が形成された。

（工程−ｃ）
続いて、導電性薄膜をパターニングして、幅Ｗ’（図１参照）が１００μｍである導電性薄膜４を形成した（図４（ｂ））。

以上の工程により、基板１上に、素子電極２、３、導電性薄膜４を形成した。

（工程−ｄ）
次に、上記基板１を図３の測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排気し、１×１０^−６Ｐａの真空度に達した後、電源４１を用いて補助電極２、３間に電圧Ｖｆを印加し、フォーミング処理を行い、導電性薄膜４に第二の間隙７を形成して、電極４ａ、４ｂを形成した（図４（ｃ））。フォーミング処理における電圧波形は図７（ｂ）に示したものを用いた。

図７（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１６．７ｍｓｅｃとし、三角波の波高値は０．１Ｖステップで昇圧させることで、フォーミング処理を行った。また、フォーミング処理中は、間欠的に、０．１Ｖの電圧の抵抗測定パルスを補助電極２、３間に印加し、抵抗を測定した。尚、フォーミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になった時とした。

（工程−ｅ）
続いて、活性化工程を行うために、アクリロニトリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入し、１．３×１０^−４Ｐａを維持した。次に、図８（ａ）に示した波形のパルス電圧を、Ｔ１が２ｍｓｅｃ、Ｔ２が７ｍｓｅｃの条件で、補助電極２、３間に印加した。尚、「活性化」処理においては、第１補助電極２は常にグランド電位に固定して、図８（ａ）に示した波形のパルス電圧を第２補助電極３に印加した。

活性化処理を開始後１００分経過した後、図９に示した点線よりも右側の領域に充分に入ったことを確認し、電圧の印加を停止し、スローリークバルブを閉め、「活性化」処理を終了した。その結果、第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂを形成した（図４（ｄ））。

尚、本工程においては、図８（ａ）の波形における最大電圧値を±１４Ｖの条件で「活性化」処理を行った電子放出素子Ａと、最大電圧値を±１６Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子Ｂと、最大電圧値を±１８Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子Ｃをそれぞれ作製した。尚、上述した電子放出素子Ａについては、上記した製造方法と同じ製造方法により合計８つの電子放出素子（Ａ１〜Ａ８）を作成した。また、電子放出素子Ｂについては、上記した製造方法と同じ製造方法により合計６つの電子放出素子（Ｂ１〜Ｂ６）を作成した。また、電子放出素子Ｃについては、上記した製造方法と同じ製造方法により合計４つの電子放出素子（Ｃ１〜Ｃ４）を作成した。

以上の（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同様の製造方法で作成した電子放出素子（Ａ’、Ｂ’、Ｃ’）の平面ＳＥＭ像および断面ＳＥＭ像を観察したところ、「活性化」処理における印加電圧にかかわらず、図５（ａ）、図５（ｂ）に示したように、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂのそれぞれの端部（間隙８の外縁を形成している部分）の膜厚がほぼ等しい構成になっており、間隙８は蛇行していた。また、いずれの電子放出素子においても、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔（間隙）が周囲に比べてより狭くなっている部分（部分Ａと部分Ｂ）が多数存在した。

そして、上記電子放出素子Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれと同様の製造方法で作成した電子放出素子（Ａ’、Ｂ’、Ｃ’）の間隙８近傍の様子を３Ｄ−ＴＥＭ像で観察し、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとの間の距離ｄ１を測定したところ、電子放出素子Ａ’では平均２．３ｎｍ、電子放出素子Ｂ’では平均２．８ｎｍ、電子放出素子Ｃ’では平均３．３ｎｍであった。

また、部分Ａから間隙８の外縁に沿ってｄ１と同じ距離だけ離れた第１導電性膜２１ａの部分と、該部分と対向する第２導電性膜２１ｂの部分との最短距離ｄ２を、３Ｄ−ＴＥＭ像から測定したところ、電子放出素子Ａ’では平均２．５ｎｍ（ｄ２／ｄ１は全て１．１以下）、電子放出素子Ｂ’では平均３．０ｎｍ（ｄ２／ｄ１は全て１．１以下）、電子放出素子Ｃ’では平均３．５ｎｍ（ｄ２／ｄ１は全て１．１以下）であった。

（工程−ｆ）
次に、（工程−ｅ）を終えた本実施例の電子放出素子（Ａ、Ｂ、Ｃ）を図３の測定評価装置から大気に取り出し、実施の形態で述べたように、ＡＦＭを用いて第１カーボン膜２１ａの加工処理を行った（図１０（ａ）、（ｂ）参照）。

本実施例では、まず、第１カーボン膜２１ａの端部をＡＦＭで削ることにより、部分Ａと部分Ｂとの間の距離ｄ１を、電子放出素子Ａ（Ａ１〜Ａ８）では全て２．５ｎｍに設定し、電子放出素子Ｂ（Ｂ１〜Ｂ６）では全て３．０ｎｍに設定し、電子放出素子Ｃ（Ｃ１〜Ｃ４）では全て３．５ｎｍに設定した。

さらに、８つの電子放出素子Ａについては、電子放出素子Ａ１はｄ２が２．８ｎｍ、電子放出素子Ａ２はｄ２が３．０ｎｍ、電子放出素子Ａ３はｄ２が３．３ｎｍ、電子放出素子Ａ４はｄ２が３．６ｎｍ、電子放出素子Ａ５はｄ２が４．０ｎｍ、電子放出素子Ａ６はｄ２が４．２ｎｍ、電子放出素子Ａ７はｄ２が５．０ｎｍ、電子放出素子Ａ８はｄ２が１０ｎｍとなるように、それぞれの第１カーボン膜２１ａの端部をＡＦＭを用いて加工処理した。尚電子放出素子Ａ１におけるｄ２／ｄ１は１．１であり、Ａ２〜Ａ８におけるｄ２／ｄ１は全て１．２以上である。

また、６つの電子放出素子Ｂについては、電子放出素子Ｂ１はｄ２が３．３ｎｍ、電子放出素子Ｂ２はｄ２が３．６ｎｍ、電子放出素子Ｂ３はｄ２が４．０ｎｍ、電子放出素子Ｂ４はｄ２が４．２ｎｍ、電子放出素子Ｂ５はｄ２が５．０ｎｍ、電子放出素子Ｂ６はｄ２が１０ｎｍとなるように、それぞれの第１カーボン膜２１ａの端部をＡＦＭを用いて加工処理した。尚電子放出素子Ｂ１におけるｄ２／ｄ１は１．１であり、Ｂ２〜Ｂ６におけるｄ２／ｄ１は全て１．２以上である。

また、４つの電子放出素子Ｃは、電子放出素子Ｃ１はｄ２が４．０ｎｍ、電子放出素子Ｃ２はｄ２が４．２ｎｍ、電子放出素子Ｃ３はｄ２が５．０ｎｍ、電子放出素子Ｃ４はｄ２が１０ｎｍとなるように、それぞれの第１カーボン膜２１ａの端部をＡＦＭを用いて加工処理した。尚電子放出素子Ｃ１におけるｄ２／ｄ１は１．１であり、Ｃ２〜Ｃ４におけるｄ２／ｄ１は全て１．２以上である。

また、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同じ方法で比較例１の電子放出素子を３種類作成した。比較例１の電子放出素子のそれぞれは、活性化工程における印加電圧が異なる。活性化工程における最大電圧値は、１番目の素子は±１４Ｖ、２番目の素子は±１６Ｖ、３番目の素子は±１８Ｖであった。尚、比較例１の電子放出素子では、上記（工程−ｆ）は行わなかった。

（工程−ｇ）
次に、（工程−ｆ）を終了した本実施例で作成した電子放出素子と、比較例１の電子放出素子とを、図３の測定評価装置に設置し、内部を真空にした後、「安定化」処理を行った。

具体的には、真空装置及び電子放出素子をヒーターにより加熱して約２５０℃に維持しながら真空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒーターによる加熱を止め、室温に戻したところ真空装置内の圧力は１×１０^−８Ｐａ程度に達した。続いて、電子放出特性の測定を行った。

電子放出特性の測定においては、アノード電極４４と電子放出素子の間の距離Ｈを２ｍｍとし、高圧電源４３によりアノード電極４４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源４１を用いて各電子放出素子の補助電極２、３の間に、第１補助電極２の電位が第２補助電極３の電位よりも低くなるようにして駆動電圧を印加した。尚、電子放出素子Ａ１〜Ａ８および比較例１の１番目の素子には、波高値１２Ｖの矩形パルス電圧を印加し、電子放出素子Ｂ１〜Ｂ６および比較例１の２番目の素子には、波高値１４Ｖの矩形パルス電圧を印加し、電子放出素子Ｃ１〜Ｃ４および比較例１の３番目の素子には、波高値１６Ｖの矩形パルス電圧を印加した。

尚、この測定の際には、電流計４０及び電流計４２により、本実施例の電子放出素子及び比較例１の電子放出素子の素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅをそれぞれ測定し、電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｆ）を算出した。

算出された電子放出効率を以下の表１に示し、放出電流Ｉｅの結果を表２に示す。尚、素子電流Ｉｆはいずれの電子放出素子も１．０ｍＡ程度であった。

この結果から、本実施例の電子放出素子は、比較例１の電子放出素子と比較して、ｄ２／ｄ１が１．２以上の場合に、放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていることがわかる。また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、長時間に渡り上記表１、２の特性を時間変動が少なく維持できた。

上記特性評価後、本実施例で作成した各電子放出素子（Ａ、Ｂ、Ｃ）の間隙８近傍を前述した３Ｄ−ＴＥＭで観察したところ、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとの間の距離ｄ１は、電子放出素子Ａでは２．５ｎｍ、電子放出素子Ｂでは３．０ｎｍ、電子放出素子Ｃでは３．５ｎｍになっていることが確認された。また、同様に、ｄ２は、電子放出素子Ａ１では２．８ｎｍ、Ａ２では３．０ｎｍ、Ａ３では３．３ｎｍ、Ａ４では３．５ｎｍ、Ａ５では４．０ｎｍ、Ａ６では４．２ｎｍ、Ａ７では５．０ｎｍ、Ａ８では１０ｎｍ、Ｂ１では３．３ｎｍ、Ｂ２では３．５ｎｍ、Ｂ３では４．０ｎｍ、Ｂ４では４．２ｎｍ、Ｂ５では５．０ｎｍ、Ｂ６では１０ｎｍ、Ｃ１では４．０ｎｍ、Ｃ２では４．２ｎｍ、Ｃ３では５．０ｎｍ、Ｃ４では１０ｎｍであることが確認された。

また、全ての電子放出素子において、基板変質部（凹部）２２も第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間の基板１表面に形成されていることも確認された。

また、平面ＳＥＭを用いて、前記凸部の各々の間隔ｄ３を測定し、その分布を調べた。図２４にその度数分布の概略グラフを示す。

いずれの電子放出素子も、間隔ｄ３の度数分布が、３０ｄ１〜４０ｄ１にピークを持つ３ｄ１から５００ｄ１までのものであった。尚、本実施例の電子放出素子Ａ〜Ｃでは、間隔ｄ３の度数分布が上記範囲であったが、これに限るものではなく、さらに間隔ｄ３が広い方向に分布を持っていてもかまわない。しかしながら、実用範囲内の放出電流Ｉｅを得るためには、好ましくは２０００ｄ１以内に収まるのが好ましい。

また、より一層の放出電流Ｉｅをさらに得るためには、ｄ３を３ｄ１から４０ｄ１以内で且つ全てのｄ３を等しくする（度数分布をシャープにする）ことが最も好ましい。

（実施例２）
本実施例では、本発明のさらに好ましい実施例を示す。

本実施例では、実施例１の（工程−ｅ）、（工程−ｆ）を以下に説明する方法に変更した以外は、実施例１と同じように形成したので、ここでは、（工程−ｅ）、（工程−ｆ）について説明する。

（工程−ｅ）
工程−ｄに続いて、活性化工程を行うために、アクリロニトリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入した。次に、図８（ｂ）に示した波形のパルス電圧を、Ｔ１が１ｍｓｅｃ、Ｔ１´が０．３ｍｓｅｃ、Ｔ２が５ｍｓｅｃの条件で、補助電極２、３間に印加した。尚、「活性化」処理においては、第１補助電極２は常にグランド電位に固定して、図８（ｂ）に示した波形のパルス電圧を第２補助電極３に印加した。

活性化処理を開始後１２０分経過した後、図９に示した点線よりも右側の領域に充分に入っていることを確認し、電圧の印加を停止し、スローリークバルブを閉め、「活性化」処理を終了した。その結果、第１カーボン膜２１ａおよび第２カーボン膜２１ｂを形成した（図４（ｄ））。

尚、本工程においては、図８（ｂ）の波形における最大電圧値を±１４Ｖの条件で「活性化」処理を行った電子放出素子Ｄと、最大電圧値を±１６Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子Ｅと、最大電圧値を±１８Ｖで「活性化」処理を行った電子放出素子Ｆをそれぞれ作製した。尚、上述した電子放出素子Ｄについては、上記した製造方法と同じ製造方法により合計８つの電子放出素子（Ｄ１〜Ｄ８）を作成した。また、電子放出素子Ｅについては、上記した製造方法と同じ製造方法により合計６つの電子放出素子（Ｅ１〜Ｅ６）を作成した。また、電子放出素子Ｆについては、上記した製造方法と同じ製造方法により合計４つの電子放出素子（Ｆ１〜Ｆ４）を作成した。

以上の（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同様の製造方法で作成した電子放出素子の平面ＳＥＭ像および断面ＳＥＭ像を観察したところ、「活性化」処理における印加電圧にかかわらず、図６（ａ）、図６（ｂ）に模式的に示したように、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂのそれぞれの端部（間隙８の外縁を形成している部分）の膜厚が非対称な構成になっており、間隙８は蛇行していた。また、いずれの電子放出素子においても、第１導電性膜２１ａと第２導電性膜２１ｂとの間隔（間隙）が周囲に比べてより狭くなっている部分（部分Ａと部分Ｂ）が多数存在した。

そして、上記電子放出素子（Ｄ、Ｅ、Ｆ）と同様の製造方法で作成した電子放出素子（Ｄ’、Ｅ’，Ｆ’）の間隙８近傍の様子を３Ｄ−ＴＥＭ像で観察し、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとの間の距離ｄ１を測定したところ、電子放出素子Ｄ’では平均２．３ｎｍ、電子放出素子Ｅ’では平均２．８ｎｍ、電子放出素子Ｆ’では平均３．３ｎｍであった。

また、部分Ａから間隙８の外縁に沿ってｄ１と同じ距離だけ離れた第１導電性膜２１ａの部分と、該部分と対向する第２導電性膜２１ｂの部分との最短距離ｄ２を、３Ｄ−ＴＥＭ像から測定したところ、電子放出素子Ｄ’では平均２．５ｎｍ（ｄ２／ｄ１は全て１．１以下）、電子放出素子Ｅ’では平均３．０ｎｍ（ｄ２／ｄ１は全て１．１以下）、電子放出素子Ｆ’では平均３．５ｎｍ（ｄ２／ｄ１は全て１．１以下）であった。

そして、電子放出素子Ｄ’の間隙８近傍の様子を断面ＳＥＭで観察したところ、第１カーボン膜２１ａの端部の膜厚は２０ｎｍ、第２カーボン膜２１ｂの端部の膜厚は７５ｎｍであった。また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）の延長線上に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚が１００ｎｍであった。

（工程−ｆ）
次に、（工程−ｅ）を終えた本実施例の電子放出素子（Ｄ、Ｅ、Ｆ）を図３の測定評価装置から大気に取り出し、実施の形態で述べたように、ＡＦＭを用いて第１カーボン膜２１ａの加工処理を行った（図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。

カーボン膜２１ａの端部を削ることにより第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとの間の距離ｄ１を、電子放出素子Ｄ（Ｄ１〜Ｄ８）では全て２．５ｎｍ、電子放出素子Ｅ（Ｅ１〜Ｅ６）では全て３．０ｎｍ、電子放出素子Ｆ（Ｆ１〜Ｆ４）では全て３．５ｎｍに設定した。

さらに、８つの電子放出素子Ｄについては、電子放出素子Ｄ１はｄ２が２．８ｎｍ、電子放出素子Ｄ２はｄ２が３．０ｎｍ、電子放出素子Ｄ３はｄ２が３．３ｎｍ、電子放出素子Ｄ４はｄ２が３．６ｎｍ、電子放出素子Ｄ５はｄ２が４．０ｎｍ、電子放出素子Ｄ６はｄ２が４．２ｎｍ、電子放出素子Ｄ７はｄ２が５．０ｎｍ、電子放出素子Ｄ８はｄ２が１０ｎｍとなるように、それぞれの第１カーボン膜２１ａの端部をＡＦＭを用いて加工処理した。尚、電子放出素子Ｄ１におけるｄ２／ｄ１は１．１であり、Ｄ２〜Ｄ８におけるｄ２／ｄ１は全て１．２以上である。

また、６つの電子放出素子Ｅについては、電子放出素子Ｅ１はｄ２が３．３ｎｍ、電子放出素子Ｅ２はｄ２が３．６ｎｍ、電子放出素子Ｅ３はｄ２が４．０ｎｍ、電子放出素子Ｅ４はｄ２が４．２ｎｍ、電子放出素子Ｅ５はｄ２が５．０ｎｍ、電子放出素子Ｅ６はｄ２が１０ｎｍとなるように、それぞれの第１カーボン膜２１ａの端部をＡＦＭを用いて加工処理した。尚電子放出素子Ｅ１におけるｄ２／ｄ１は１．１であり、Ｅ２〜Ｅ６におけるｄ２／ｄ１は全て１．２以上である。

また、４つの電子放出素子Ｆについては、電子放出素子Ｆ１はｄ２が４．０ｎｍ、電子放出素子Ｆ２はｄ２が４．２ｎｍ、電子放出素子Ｆ３はｄ２が５．０ｎｍ、電子放出素子Ｆ４はｄ２が１０ｎｍとなるように、それぞれの第１カーボン膜２１ａの端部をＡＦＭを用いて加工処理した。尚電子放出素子Ｆ１におけるｄ２／ｄ１は１．１であり、Ｆ２〜Ｆ４におけるｄ２／ｄ１は全て１．２以上である。

また、それぞれの電子放出素子に対し、第２導電性膜２１ｂの部分Ｂの膜厚が第１導電性膜２１ａの部分Ａの膜厚に等しくなるように削り、第２導電性膜２１ｂの部分Ｂと部分３５および部分３６との膜厚差ｈ（「突起部」の高さｈ（図２（ｃ）、（ｄ）参照））を５０ｎｍとなるようにした。更に、部分３５と部分３６との間隔ｗ（「突起部」の間隔ｗ）が、電子放出素子Ｄでは５ｎｍ、電子放出素子Ｅでは６ｎｍ、電子放出素子Ｆでは７ｎｍとした。

また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）の延長線上に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚は１００ｎｍとした。

また、上記（工程−ａ）〜（工程−ｅ）と同じ方法で比較例２の電子放出素子を３種類作成した。比較例２の電子放出素子のそれぞれは、活性化工程における印加電圧が異なる。活性化工程における最大電圧値は、１番目の素子は±１４Ｖ、２番目の素子は±１６Ｖ、３番目の素子は±１８Ｖであった。尚、比較例２の電子放出素子では、上記（工程−ｆ）は行わなかった。

（工程−ｇ）
次に、（工程−ｆ）を終了した本実施例の電子放出素子と、比較例２の電子放出素子とを、図３の測定評価装置に設置し、内部を真空にした後、「安定化」処理を行った。

具体的には、真空装置及び電子放出素子をヒーターにより加熱して約２５０℃に維持しながら真空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒーターによる加熱を止め、室温に戻したところ真空装置内の圧力は１×１０^−８Ｐａ程度に達した。続いて、電子放出特性の測定を行った。

電子放出特性の測定においては、アノード電極４４と電子放出素子の間の距離Ｈを２ｍｍとし、高圧電源４３によりアノード電極４４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源４１を用いて各電子放出素子の補助電極２、３の間に、第１補助電極２の電位が第２補助電極３の電位よりも低くなるようにして駆動電圧を印加した。尚、電子放出素子Ｄ１〜Ｄ８および比較例２の１番目の素子には、波高値１２Ｖの矩形パルス電圧を印加し、電子放出素子Ｅ１〜Ｅ６および比較例２の２番目の素子には、波高値１４Ｖの矩形パルス電圧を印加し、電子放出素子Ｆ１〜Ｆ４および比較例２の３番目の素子には、波高値１６Ｖの矩形パルス電圧を印加した。

尚、この測定の際には、電流計４０及び電流計４２により、本実施例の電子放出素子及び比較例２の電子放出素子の素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅをそれぞれ測定し、電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｆ）を算出した。

算出された電子放出効率を以下の表３に示し、放出電流Ｉｅの結果を表４に示す。尚、素子電流Ｉｆはいずれの電子放出素子も１．０ｍＡ程度であった。

この結果から、本実施例の電子放出素子は、比較例２の電子放出素子と比較して、ｄ２／ｄ１が１．２以上の場合に、放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていることがわかる。また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、長時間に渡り上記表３、４の特性を時間変動が少なく維持できた。

上記特性評価後、本実施例で作成した各電子放出素（Ｄ、Ｅ、Ｆ）の間隙８近傍を前述した３Ｄ−ＴＥＭで観察したところ、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとの間の距離ｄ１は、電子放出素子Ｄ（Ｄ１〜Ｄ８）では２．５ｎｍ、電子放出素子Ｅ（Ｅ１〜Ｅ６）では３．０ｎｍ、電子放出素子Ｆ（Ｆ１〜Ｆ４）では３．５ｎｍになっていることが確認された。また、ｄ２は、電子放出素子Ｄ１では２．８ｎｍ、Ｄ２では３．０ｎｍ、Ｄ３では３．３ｎｍ、Ｄ４では３．６ｎｍ、Ｄ５では４．０ｎｍ、Ｄ６では４．２ｎｍ、Ｄ７では５．０ｎｍ、Ｄ８では１０ｎｍ、Ｅ１では３．３ｎｍ、Ｅ２では３．６ｎｍ、Ｅ３では４．０ｎｍ、Ｅ４では４．２ｎｍ、Ｅ５では５．０ｎｍ、Ｅ６では１０ｎｍ、Ｆ１では４．０ｎｍ、Ｆ２では４．２ｎｍ、Ｆ３では５．０ｎｍ、Ｆ４では１０ｎｍであることが確認された。

また、全ての電子放出素子において、基板変質部（凹部）２２が第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂとの間の基板１表面に形成されていることも確認された。さらにまた、第２導電性膜２１ｂの部分Ｂの膜厚が第１導電性膜２１ａの部分Ａの膜厚に等しく、第２導電性膜２１ｂの部分Ｂと部分３５および部分３６との膜厚差ｈ（「突起部」の高さｈ）が５０ｎｍであることが確認された。

さらに、部分３５と部分３６との間隔ｗ（「突起部」の間隔ｗ）が、電子放出素子Ｄでは５ｎｍ、電子放出素子Ｅでは６ｎｍ、電子放出素子Ｆでは７ｎｍであることが確認された。この値（間隔ｗ）は、それぞれの電子放出素子のｄ１の２倍の値である。

また、平面ＳＥＭを用いて、前記凸部（部分Ａ）の各々の間隔ｄ３を測定し、その分布を調べたところ、図２４に示した度数分布と同様の結果であった。いずれの電子放出素子も、前記凸部の間隔ｄ３の度数分布が、３５ｄ１〜４５ｄ１にピークを持つ３ｄ１程度から５００ｄ１までのものであった。尚、本実施例の電子放出素子Ｄ〜Ｆでは、間隔ｄ３の度数分布が上記範囲であったが、これに限るものではなく、さらに間隔ｄ３が広い方向に分布を持っていてもかまわない。しかしながら、実用範囲内の放出電流Ｉｅを得るためには、好ましくは２０００ｄ１以内に収まるのが好ましい。尚、ｄ３を３ｄ１未満に設定して形成してみたところ、電子放出電流の経時的な変動がｄ３が３ｄ１以上の電子放出素子と比べて大きくなることがわかった。これは、電子放出に寄与すると思われる凸部（部分Ａ）同士が近すぎることにより、互いに干渉するためではないかと推測される。

また、より一層の放出電流Ｉｅをさらに得るためには、ｄ３を３ｄ１から４５ｄ１以内で且つ全てのｄ３を等しくする（度数分布をシャープにする）ことが最も好ましい。

また、上述したＥ３の電子放出素子と同様の製造方法で作成した電子放出素子において、間隔ｗの値を変えて７種類の電子放出素子（Ｅ３−１〜Ｅ３−８）を作成し、その各々の特性を評価した。但し、このときの間隔ｗは、Ｅ３−１では３ｎｍ、Ｅ３−２では５ｎｍ、Ｅ３−３では６ｎｍ、Ｅ３−４では１５ｎｍ、Ｅ３−５では５０ｎｍ、Ｅ３−６では１５０ｎｍ、Ｅ３−７では３００ｎｍとした。これらの電子放出素子を電圧１４Ｖを印加して駆動させたところ、Ｅ３−１に対しＥ３−２は、電子放出効率ηおよび放出電流Ｉｅともにほぼ変わらなかった。Ｅ３−２に対しＥ３−３は、放出電流Ｉｅはほぼ変わらなかったが電子放出効率ηが約１．１倍向上した。Ｅ３−３に対しＥ３−４は、放出電流Ｉｅおよび電子放出効率ηが約１．２倍向上した。Ｅ３−４に対しＥ３−５は、電子放出効率ηが約１．１倍向上した。Ｅ３−５に対しＥ３−６は、電子放出効率ηおよび放出電流Ｉｅはほぼ同等であった。Ｅ３−６に対するＥ３−７は、電子放出効率ηおよび放出電流Ｉｅが減少に転じた。このような傾向は、本実施例の他の電子放出素子（Ｄ、Ｅ、Ｆ）において同様に見られる。以上の結果から、ｗはｄ１の２倍以上に設定することで放出電流Ｉｅおよび電子放出効率ηを向上させる効果が生じることがわかる。またｄ１の５０倍を越ｈえると、その効果が少なくなり始めることがわかる。

また、上記膜厚差ｈ（「突起部」の高さｈ）についても、上述したＥ３の電子放出素子と同様の製造方法において、膜厚差ｈの値を変えて７種類の電子放出素子（Ｅ３−８〜Ｅ３−１３）の特性を評価した。膜厚差ｈは、Ｅ３−８では３ｎｍ、Ｅ３−９では４ｎｍ、Ｅ３−１０では６ｎｍ、Ｅ３−１１では１０ｎｍ、Ｅ３−１２では７０ｎｍとした。

これらの電子放出素子を電圧１４Ｖを印加して駆動させたところ、Ｅ３−８に対しＥ３−９は、電子放出効率ηおよび放出電流Ｉｅともにほぼ変わらなかった。Ｅ３−９に対しＥ３−１０は、放出電流Ｉｅが約１．２倍向上し、電子放出効率ηにおいてはほぼ同等であった。Ｅ３−１０に対しＥ３−１１は、電子放出効率ηにおいて約１．２倍向上した。Ｅ３−１１に対しＥ３−１２は、電子放出効率ηにおいて約１．１倍向上したが、放出電流Ｉｅはほぼ同等であった。

以上の結果から、ｈはｄ１の２倍以上に設定することで放出電流Ｉｅおよび電子放出効率ηを向上させる効果が生じることがわかる。このような傾向は、本実施例の他の電子放出素子（Ｄ、Ｅ、Ｆ）においても同様であった。また、膜厚差ｈが７０ｎｍ以上の場合においても、放出電流Ｉｅと電子放出効率ηはより大きい値を示すことが発明者らの計算によりわかっているので膜厚差ｈの上限は制限されない。しかしながら、本発明の電子放出素子を用いた画像表示装置においては、製造コストや品質上の問題（放電等）から、実効的には、膜厚差ｈはｄ１の２００倍未満に設定するのが好ましい。

（実施例３）
本実施例は、図２７（ａ）〜（ｃ）に示した電子放出素子を、電子線照射を用いて作製する例である。尚、工程（ａ）は実施例１との工程（ａ）と同じであるので、以下では省略した。

（工程−ｂ）
次に、補助電極２、３が形成された基板１を、図３の測定評価装置（不図示の電子線照射手段を配置）に設置した。その後、装真空ポンプにて置内を１×１０^−６Ｐａの真空度に達するまで排気した。その後、アクリロニトリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入した。次に、電極２、３をグランド電位に設定し、電子線を照射し、図２７（ａ）〜（ｃ）に示したような第１カーボン膜２１ａ、第２カーボン膜２１ｂになるように形成した。電子線の加速電圧を５ｋＶ、電流値を１０μＡとした。カーボン膜２１ａ、２１ｂの幅Ｗ’は、１００μｍとした。

このとき、第１カーボン膜２１ａと第２カーボン膜２１ｂのそれぞれの端部（間隙８の外縁を形成している部分）の膜厚を対称な構成に設定し（図２７（ｃ）参照）、間隙８は蛇行させた。また、電子線の照射時間を制御することで、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとの間の距離ｄ１を３．５ｎｍになるように形成した。

このような方法を用いて、ｄ２を変えた電子放出素子（Ｇ１〜Ｇ５）を形成した。電子放出素子Ｇ１のｄ２は３．７ｎｍ、電子放出素子Ｇ２のｄ２は４．０ｎｍ、電子放出素子Ｇ３のｄ２は４．２ｎｍ、電子放出素子Ｇ４のｄ２は５．０ｎｍ、電子放出素子Ｇ５のｄ２は１０ｎｍとした。また、各電子放出素子における間隔ｄ３を３０ｄ１に設定した。尚、電子放出素子Ｇ１、Ｇ２におけるｄ２／ｄ１は１．１であり、Ｇ３〜Ｇ５におけるｄ２／ｄ１は全て１．２以上である。

（工程−ｃ）
次に、（工程−ｂ）を終了した本実施例の電子放出素子を、真空装置内の排気を続けながら、ヒーターにより加熱すると同時に電圧を印加した。２０時間後、ヒーターによる加熱を止め、室温に戻したところ真空装置内の圧力は１×１０^−８Ｐａ程度に達した。続いて、電子放出特性の測定を行った。

電子放出特性の測定においては、アノード電極４４と電子放出素子の間の距離Ｈを２ｍｍとし、高圧電源４３によりアノード電極４４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源４１を用いて補助電極２、３の間に、第１補助電極２の電位が第２補助電極３の電位よりも低くなるように波高値１６Ｖの矩形パルス電圧を印加した。

尚、この測定の際には、電流計４０及び電流計４２により、本実施例の電子放出素子の素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅをそれぞれ測定し、電子放出効率を算出した。

算出された電子放出効率と放出電流Ｉｅの結果を表５に示す。尚、素子電流Ｉｆは、いずれの場合も２．５ｍＡ程度であった。

この結果から、本実施例の電子放出素子は、ｄ２／ｄ１が１．２以上の場合に、放出電流Ｉｅが大きくなると共に電子放出効率ηが上昇したことがわかる。また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、実施例１で作成した電子放出素子と比較して、長時間に渡り上記表５の特性を時間変動が少なく維持できた。

特性評価後、本実施例で作成した各電子放出素子の間隙８近傍の３Ｄ−ＴＥＭ像を観察したところ、おおよそ図２５に模式的に示す様な構造であった。さらに詳細に観察したところ、間隙８に沿って、周囲に比べて間隔が狭くなっている部分であって、且つ、間隔（ｄ１）が１０ｎｍ以下の部分が多数観察された。そして、間隔ｄ１は、３．５ｎｍになっていた。

また、電子放出素子Ｇ１のｄ２は３．７ｎｍであり、電子放出素子Ｇ２のｄ２は４．０ｎｍであり、電子放出素子Ｇ３のｄ２は４．２ｎｍであり、電子放出素子Ｇ４のｄ２は５．０ｎｍであり、電子放出素子Ｇ５のｄ２は１０ｎｍであった。

また、平面ＳＥＭを用いて間隔ｄ１の分布を調べた。図２９にその度数分布の概略グラフを示す。いずれの素子の場合も、前記間隙８の延在方向に沿った前記凸部の間隔の度数分布が、３０ｄ１にシャープなピークを持つものであった。

（実施例４）
本実施例は、図２８（ａ）〜（ｄ）に示した第１カーボン膜２１ａ、第２カーボン膜２１ｂを備える電子放出素子を、電子線照射を用いて作製する例である。本実施例では、実施例３の電子放出素子（Ｇ１〜Ｇ５）の製造方法における工程−ｂにおいて、以下に示す変更を加えて電子放出素子（Ｇ１’〜Ｇ５’）を作成した。それ以外は基本的に実施例３と同様の製造方法により作成した。

変更は、具体的には、実施例３の電子放出素子の（工程−ｂ）で示した工程において以下の４点である。（１）電子放出素子Ｇ１〜Ｇ５のそれぞれに対し、第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂの膜厚が第１カーボン膜２１ａの部分Ａの膜厚に等しくなるように、電子線の照射を用いて、形成した（図２８（ｃ）参照）。（２）また、第２導電性膜２１ｂの部分Ｂと部分３５および部分３６との膜厚差ｈ（「突起部」の高さｈ）を５０ｎｍとなるように、電子線の照射を用いて、形成した（図２８（ｄ）参照）。（３）更に、部分３５と部分３６との間隔ｗ（「突起部」の間隔ｗ）を７ｎｍとなるように、電子線の照射を用いて、形成した（図２８（ｂ））。（４）また、第１カーボン膜２１ａの部分Ａと第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂとが対向する方向（電子が出射する方向）に存在する、第２カーボン膜２１ｂの膜厚は１００ｎｍとした（図２８（ｄ）参照）。

本実施例で作成した電子放出特性の測定においては、アノード電極４４と電子放出素子の間の距離Ｈを２ｍｍとし、高圧電源４３によりアノード電極４４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源４１を用いて補助電極２、３の間に、第１補助電極２の電位が第２補助電極３の電位よりも低くなるように波高値１６Ｖの矩形パルス電圧を印加した。

尚、この測定の際には、電流計４０及び電流計４２により、本実施例の電子放出素子の素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅをそれぞれ測定し、電子放出効率を算出した。

算出された電子放出効率と放出電流Ｉｅの結果を表６に示す。尚、素子電流Ｉｆは、いずれの場合も２．５ｍＡ程度であった。

この結果から、本実施例の電子放出素子（Ｇ１’〜Ｇ５’）は、ｄ２／ｄ１が１．２以上の場合に、放出電流Ｉｅが大きく、かつ電子放出効率ηが優れていることがわかる。また、上記特性評価後、本実施例の電子放出素子を上記特性評価時に印加したパルス電圧と同じパルス電圧を印加して長時間駆動したところ、実施例２で作成した電子放出素子と比較して、長時間に渡り上記表６の特性を時間変動が少なく維持できた。

特性評価後、本実施例で作成した各電子放出素子を３Ｄ−ＴＥＭで観察したところ、ｄ１は、３．５ｎｍになっていた。また、ｄ２が、電子放出素子Ｇ１’は３．７ｎｍ、電子放出素子Ｇ２’は４．０ｎｍ、電子放出素子Ｇ３’は４．２ｎｍ、電子放出素子Ｇ４’は５．０ｎｍ、電子放出素子Ｇ５’は１０ｎｍであった。

また、第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂの膜厚が第１カーボン膜２１ａの部分Ａの膜厚が等しく、第２カーボン膜２１ｂの部分Ｂと部分３５および部分３６との膜厚差ｈ（「突起部」の高さｈ）を５０ｎｍであった。さらに、部分３５と部分３６との間隔ｗ（「突起部」の間隔ｗ）が、７ｎｍであった。

また、平面ＳＥＭを用いて前記凸部の各々の間隔ｄ３を測定し、その分布を調べたところ、図２７に示した度数分布と同様に、いずれの電子放出素子も、３０ｄ１にシャープなピークを持っていた。

（実施例５）
本実施例では、上述した本発明の実施例１で作成した電子放出素子Ｃ３と同様の製造方法によって形成した電子放出素子を多数基板上にマトリクス状に配列して電子源を形成し、この電子源を用いて図１４に示した画像表示装置を作成した。以下に本実施例で作成した画像表示装置の製造工程を説明する。

〈補助電極作成工程〉
ガラス基板７１上にＳｉＯ_２膜を成膜した。さらに第１および第２補助電極２、３を、基板７１上に多数形成した（図１６）。具体的には、チタニウムＴｉと白金Ｐｔとの積層膜を４０ｎｍの厚みで基板７１上に成膜した後、フォトリソグラフィー法によってパターニングして形成した。本実施例では第１補助電極２と第２補助電極３との間隔Ｌを１０μｍとし、長さＷを１００μｍとした。

〈Ｙ方向配線形成工程〉
次に、図１７に示すように、銀を主成分とするＹ方向配線７３を、補助電極３に接続するように形成した。このＹ方向配線７３は変調信号が印加される配線として機能する。

〈絶縁層形成工程〉
次に図１８に示すように、次の工程で作成するＸ方向配線７２と前述のＹ方向配線７３を絶縁するために、酸化シリコンからなる絶縁層７５を配置する。後述するＸ方向配線７２の下であって、且つ、先に形成したＹ方向配線７３を覆うように、絶縁層７５を配置する。Ｘ方向配線７２と補助電極２との電気的接続が可能なように、絶縁層７５の一部にコンタクトホールを開けて形成した。

〈Ｘ方向配線形成工程〉
図１９に示すように、銀を主成分とするＸ方向配線７２を、先に形成した絶縁層７５の上に形成した。Ｘ方向配線７２は絶縁層７５を挟んでＹ方向配線２４と交差しており、絶縁層７５のコンタクトホール部分で補助電極２に接続される。このＸ方向配線７２は走査信号が印加される配線として機能する。このようにしてマトリクス配線を有する基板７１が形成された。

〈第１電極および第２電極形成工程〉
上記マトリクス配線が形成された基板７１上の補助電極２，３間にインクジェット法により、導電性薄膜４を形成した（図２０）。

本実施例では、インクジェット法に用いるインクとして、有機パラジウム錯体溶液を用いた。この有機パラジウム錯体溶液を、補助電極２、３間に付与した。その後、この基板７１を空気中にて、加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）からなる導電性薄膜４とした。

〈フォーミング工程、活性化工程〉
次に、上述した工程によって、補助電極２，３と、補助電極２，３間を接続する導電性薄膜４とで構成されたユニットが多数形成された基板７１を、真空容器の中に配置した。そして、真空容器２３内を排気した後、「フォーミング」処理と「活性化処理」とを行った。「フォーミング」処理と「活性化処理」において、各ユニットに印加する電圧の波形などは、実施例１の電子放出素子Ｃ３の作成方法で示したとおりである。

尚、「フォーミング」処理は、複数のＸ方向配線７２の中から１本づつ順次選択したＸ方向配線に１パルスづつ印加する方法で行った。つまり、「複数のＸ方向配線７２の中から選択した１本のＸ方向配線に１パルス印加した後に、別の１本のＸ方向配線を選択して１パルス印加する」という工程を繰り返した。

以上の工程で、多数の電子放出素子が配置された基板７１を作成することができた。

＜加工処理＞
次に、「活性化」処理が終了した電子放出素子を多数有する上記２種類の基板１を真空容器から大気中に取り出し、実施例１の電子放出素子Ｃ３の作成方法で述べたようにＡＦＭを用いてカーボン形状を加工する処理を行った。

尚、全ての電子放出素子のｄ１を、３．５ｎｍに設定した。さらに、ｄ２を５．０ｎｍ（ｄ２／ｄ１＝１．４）に設定した。

以上の工程で、本実施例の電子源（複数の電子放出素子）が配置された基板７１が形成された。

次いで、図１４に示したように、上記基板７１の２ｍｍ上方に、ガラス基板８３の内面に蛍光体膜８４とメタルバック８５とが積層されてるフェースプレート８６を支持枠８２を介して配置した。

尚、図１４においてはリアプレート８１を基板７１の補強部材として設けた例を示しているが、本実施例では、このリアプレートを省いている。そして、フェースプレート８６、支持枠８２、基板１の接合部を、低融点金属であるインジウム（Ｉｎ）を加熱し冷却することによって封着した。また、この封着工程は、真空チャンバー中で行ったため、排気管を用いずに、封着と封止を同時に行った。

本実施例では、画像形成部材であるところの蛍光体膜８４は、カラーを実現するために、ストライプ形状（図１５（ａ）参照）の蛍光体とし、先にブラックストライプ９１を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製した。ブラックストライプ９１の材料としては、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

また、蛍光膜８４の内面側（電子放出素子側）にはアルミニウムからなるメタルバック８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光体膜８４の内面側に、Ａｌを真空蒸着することで作製した。

以上のようにして完成した画像表示装置のＸ方向配線およびＹ方向配線を通じて、所望の電子放出素子を選択し、選択した電子放出素子の第２補助電極側の電位が第１補助電極よりも高くなるように、＋１８Ｖのパルス電圧を印加した。そして同時に、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバック７３に１０ｋＶの電圧を印加したところ、長時間にわたって明るい良好な画像を表示することができた。

以上説明した実施形態および実施例は、本発明の一例に過ぎず、上記した各材料、サイズなどについての様々な変形例を本発明は除外するものではない。

本発明の電子放出素子の構成例を模式的に示す平面図及び断面図である。 本発明の電子放出素子の別の構成例を模式的に示す平面図及び断面図である。 電子放出素子の測定評価機能を備えた真空装置の一例を示す模式図である。 本発明の電子放出素子の製造方法の概要を示す模式図である。 本発明の実施例１における「活性化」処理後の電子放出素子を模式的に示す平面図及び断面図である。 本発明の実施例２における「活性化」処理後の電子放出素子を模式的に示す平面図及び断面図である。 本発明の電子放出素子の製造時におけるフォーミングパルスの一例を示す模式図である。 本発明の電子放出素子の製造時における活性化パルスの一例を示す模式図である。 本発明の電子放出素子の「活性化」処理における電流の進行を示す模式図である。 本発明の電子放出素子のカーボン膜を削る処理の一例を示す模式図である。 本発明の電子放出素子のカーボン膜を削る処理の別例を示す模式図である。 本発明の電子放出素子の電子放出特性を示す模式図である。 本発明の電子放出素子を用いた電子源基板を説明するための模式図である。 本発明の電子放出素子を用いた画像表示装置の一例の構成を説明するための模式図である。 蛍光体膜を説明するための模式図である。 本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。 本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。 本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。 本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。 本発明による電子源及び画像表示装置の製造工程の一例を示す模式図である。 従来の電子放出素子の一例を示す断面模式図である。 本発明の電子放出素子を観察する方法の一例を説明するための模式図である。 電子線処理を説明するための模式図である。 本発明の電子放出素子における凸部の各々間隔の分布を説明するための模式図である。 本発明の電子放出素子の３Ｄ−ＴＥＭ観察像の一例を示す模式図である。 本発明の実施例における電子線照射によるカーボン膜形成方法を説明するための模式図である。 本発明の電子放出素子の構成例を模式的に示す平面図及び断面図である。 本発明の電子放出素子の別の構成例を模式的に示す平面図及び断面図である。 本発明の電子放出素子における凸部の各々間隔の理想的な分布を説明するための模式図である。 本発明の電子放出素子の構成例を模式的に示す平面図である。 本発明の電子放出素子の別の構成例を模式的に示す平面図である。 本発明のテレビジョン装置のブロック図である。

符号の説明

１ 基板
２、３ 補助電極
４ａ、４ｂ 電極
２１ａ、２１ｂ 導電性膜
８ 間隙

Claims (10)

1. 基体表面上に配置された第１導電膜と第２導電膜とを備え、該第１導電膜の端部と該第２導電膜の端部とが間隔を置いて対向しており、前記第２導電膜までの最短距離ｄ１が１０ｎｍ以下であり且つ前記第２導電膜に向けられている凸部を、前記第１導電膜の前記端部が備え、前記第１導電膜の電位よりも前記第２導電膜の電位が高くなるように前記第１導電膜と前記第２導電膜との間に電圧を印加することで電子を放出させる電子放出素子であって、
   前記第１導電膜の前記端部の一部であって前記凸部から前記最短距離ｄ１離れた部分と、前記第２導電膜の前記端部との最短距離をｄ２とした際に、ｄ２／ｄ１が、１．２以上であり、
   前記第２導電膜の前記端部は、前記凸部から前記最短距離ｄ１離れた部分である第１の部分と、該第１の部分を間に挟むように位置する第２の部分と第３の部分と、を備えており、
   前記第２の部分及び前記第３の部分における前記第２導電膜の表面が、前記第１の部分における前記第２導電膜の表面および前記凸部における前記第１導電膜の表面よりも、前記基体表面から離れている、ことを特徴とする電子放出素子。
2. 前記第１導電膜の端部が前記凸部を複数備えており、該複数の凸部の各々は、前記基体表面に対する垂直方向において互いに重ならないように配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. 前記複数の凸部の各々の間隔が３ｄ１以上２０００ｄ１以下であることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
4. 前記凸部における前記第１導電膜の膜厚が、前記第１の部分における前記第２導電膜の膜厚以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子放出素子。
5. 前記第２の部分または前記第３の部分における前記第２導電膜の表面の前記基板表面からの高さと、前記第１の部分における前記第２導電膜の表面の前記基板表面からの高さとの差が、２ｄ１以上２００ｄ１以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子放出素子。
6. 前記第２の部分と前記第３の部分との間隔が、２ｄ１以上５０ｄ１以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
7. 前記ｄ１が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子放出素子。
8. 複数の電子放出素子を有する電子源であって、各々の前記電子放出素子が請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源。
9. 電子源と該電子源から放出された電子の照射によって発光する発光体とを備える画像表示装置であって、前記電子源が請求項８に記載の電子源であることを特徴とする画像表示装置。
10. 受信した放送信号に含まれる映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを出力する受信器と、該受信器に接続された画像表示装置とを少なくとも備える情報表示再生装置であって、前記画像表示装置が請求項９に記載の画像表示装置であることを特徴とする情報表示再生装置。

Images